剪力墙结构转换层设计初探

摘 要：本文作者结合工程实例，介绍了框支剪力墙结构转换层设计要点、构造措施和方法。

关键词：剪力墙结构;转换层设计;初探

在部分框支剪力墙结构中，转换层相关结构的受力复杂，在整体设计上必须尽量增加上下连续贯通的竖向构件数量，同时严格控制转换层上、下结构侧向刚度比、周期比、剪重比、位移比等参数指标，从宏观上满足结构的侧向刚度要求;在构件设计上必须计算全面准确，严格遵循规范的各项构造措施进行构造设计，保证构件满足承载力和正常使用要求。当上部平面布置复杂或结构底部需要满足大空间的使用要求，上部楼层部分竖向构件(剪力墙，框架柱)不能直接连续贯通落地，此时需要设置转换层，在结构转换层布置水平转换构件，将上部结构的内力转移到下部。

1 工程概况

本工程为新建项目，位于某市中心区北部，总建筑面积 2.14万㎡，其中地上面积为 1.7万㎡，地下面积为 0.44万㎡，本工程为部分框支剪力墙结构，地下 1 层，地上 28 层，房屋总高度为85.0m， 其中地下 1 层为汽车库，1、2 层为大空间商业中心，3 层以上为住宅。

本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类， 抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类，该结构转换层设在 2 层顶板，结构抗震等级为框支框架一级，底部加强部位剪力墙一级，其余剪力墙为二级，地面粗糙度类别为 C 类，基本风压值取 0.75kN/㎡(计算承载力时取 0.90kN/㎡)。

地基基础设计等级为甲级，塔楼范围内采用筏板基础，筏板厚度 1600mm, 强风化花岗岩为基础持力层， 裙房柱下设独立基础，空余地方为防水板，板厚 350mm。

2 结构设计要点

本工程采用中国建筑科学研究院编制的 PKPM-SATWE 程序进行计算，计算模型采用空间杆单元模拟梁柱构件，用在壳单元基础上形成的墙元模拟剪力墙。

2.1 根据《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称《高规》)3.5.4 条，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。 由于结构底部需要满足大空间的使用要求，住宅剪力墙只有核心筒及少数剪力墙可以落地，其余剪力墙均无法直接落地。为提高转换层以下的结构刚度，保证整体结构的抗侧力，在不影响建筑使用功能的前提下，落地剪力墙的厚度加厚至 600mm。

2.2 刚度比的的控制。为保证主体结构沿竖向刚度均匀，转换层与相邻上层的刚度接近，避免刚度突变而形成薄弱层，本工程转换层位于2 层顶，根据《高规》第 10.2.3 条规定，可近似采用转换层与请相邻上层结构的等效剪切刚度比 γe1表示转换层上、下层结构刚度变化，γe1宜接近 1，抗震设计时 γe1不应小于 0.5，为保证此要求，采取梁以下几条措施：

2.2.1 在不影响建筑使用功能的前提下，落地剪力墙的厚度加厚至600mm，减小剪力墙开洞尺寸，增大转换柱与落地剪力墙的联系梁截面，增大转换层的结构刚度;

2.2.2 在保证上部住宅剪力墙的强度、轴压比及层间位移满足规范要求的前提下，尽量减少上部住宅剪力墙的数量与长度，减薄厚度至250mm、200mm，增大上部住宅剪力墙的开洞尺寸。

采取以上措施以后，转换层上、下层的刚度比满足《高规》中的第10.2.3 条 要 求 ，X 方 向 下 部 刚 度 为 0.3351×108，X 方 向 上 部 刚 度0.5681×108,X 方向刚度比为 0.59;Y 方向下部刚度为 0.2834×108，Y 方向上部刚度 0.4890×108,Y 方向刚度比为 0.58。

此外，并按《高规》第 3.5.8 条规定，对转换层所在楼层的地震作用标准值的剪力乘以 1.25 的增大系数，此处应在 SATWE 软件中人工指定该增大系数。

2.3 承载力比值的控制。按《高规》第 3.5.3 条规定，A 级高度高层建筑的楼层抗侧力的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的 80%，且不应小于其相邻上一层受剪承载力的 65%，本工程的 X 方向最小楼层抗剪承载力之比为 0.99，位于 16 层，Y 方向最小楼层抗剪承载力之比为 1.00，位于 10 层。

2.4 剪重比的控制。控制剪重比，是要求结构承承受足够的地震作用力，设计时不能小于规范的要求。剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由\"有效质量系数\"来控制，当\"有效质量系数\"大于 90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，否则应修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。有效质量系数与振型个数有关，如果有效质量系数不满足 90%，则可以通过增加振型数来满足。

本工程在 SATWE 中设计时选取了 15 个振型进行计算，在 WZQ.OUT 结果文件中查看 X、Y 向有效质量系数及楼层最小剪重比如下：

X 方向的有效质量系数: 99.94%

Y 方向的有效质量系数: 99.50%

X 方向楼层最小剪重比：2.02%

Y 方向楼层最小剪重比：2.24%

两个方向有效质量系数均超过 90%，说明计算振型数够了。两个方向的楼层最小剪重比均满足《抗震规范》第 5.2.5 条要求的楼层最小剪重比 1.60%。

2.5 位移角及位移比的控制。为保证结构的正常使用，高层建筑应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。地震作用下，本工程楼层(框支层)的最大位移角和位移比如下：

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