从茂名商住综合体方案分析框支剪力墙结构的应用

邓志成

广州铭思建筑设计有限公司为专业设计商业地产项目的公司，规模不算大，各专业技术人员共约四十人，是一家小而精的建筑设计公司。笔者在此公司已经工作接近六年，一直为此公司的主任结构工程师，承担过多个项目的专业负责人，去年下半年开始一直在配合建筑专业进行富港茂名项目的方案设计，方案于年底基本敲定，结构专业于年初完成了施工图的设计。

1 项目概况

茂名的东汇城项目是我公司为富港集团打造的第三个大型综合体项目，位于茂名油城十路，为城市的未来市中心。该项目第一期约22万m2，在大型商业中心上部有四栋住宅和公寓，为了是高层住宅不至于影响裙楼商业中心的使用，必须在五层，即裙楼顶做成结构转换层，这是一种高位转换结构形式，按照国家规范，必须召开专家评会议。

该项目中西边为第一期，设有一商业中心，上有四栋住宅楼。在裙楼内，已经见不到剪力墙，除了核心筒，在转换层完成转换，这种结构形式就是框支剪力墙结构。

2 技术要点分析

目前该项目还在设计当中，业主对方案满意。这些年以来，我一直关注结构转换层的技术发展，不断收集相关的技术资料和工程实例信息，就框支剪力墙结构的特点进行分析研究和总结，下面就简单阐述框支剪力墙结构技术要点：由于框支-剪力墙结构上、下刚度突变，构件不连续，传力复杂，在地震作用下框 支层将产生很大的内力和塑性变形，抗震性能差，易造成震害；转换层应力复杂，材料耗用量大，自重大，施工复杂，造价高，但框支-剪力墙结构可满足建筑物上、下不同功能的组合。

建筑方案确定后，为改善抗震性能，减轻自重并节省投资，本工程结构设计时考虑以下问题。

2.1 转换层设计

本工程除水平、垂直方向设置剪力墙外，尚有斜方向的墙体，其上下轴线无法对齐 .剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构。

2.1.1 减轻转换层自重

香港地区此类建筑物较多，但它们不考虑抗震设防，而注重综合的效益，对结构经济指标控制不很严格，因此一般均采用厚板为转换层。厚板材料耗用量大，结构经济指标差，因其自身重量大，又带来地震作用大，使框支内力增大。本工程设计时从减轻自重出发，尽管上部剪力墙方向复杂，仍优先考虑梁系转换。梁高2 m，梁宽一般为1.2 m、1.5 m及1.8 m。

2.1.2 加强梁的抗扭刚度

计算结果显示梁的扭矩大，配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求，因此 采用部分封底，形成箱形，转换层上、下板厚均为200 mm。

2.1.3 加强转换梁与中筒的连接

转换梁与中筒连接处负弯矩大，钢筋锚固构造也存在问题，且转换梁断面与筒体壁厚500 mm显得不很协调，故采用在转换层的高度范围筒体设置钢筋混凝土箍，以加强此处连接。

与厚板相比，本工程的部分箱形转换层挖空率约为27%，对节省混凝土用量和减小 地震力均有较大意义。

2.2 框支层设计

框支-剪力墙结构的薄弱部位在框支层，故加强其延性，提高抗震性能是十分重要的。

本工程建筑功能要求大空间，不能设置更多的落地剪力墙，故在不影响功能的情况下，争取中筒四角加设T形落地墙体，以增加框支层墙量及刚度。

3 茂名东汇城结构专业初步设计分析

3.1 构件截面尺寸

3.2 结构计算

本工程采用中国建筑科学研究院《高层建筑结构空间有限元分析软件》SATWE（墙元模型）计算。对于D-5#、D-6#、D-7#楼楼为存在转换的框支-剪力墙复杂高层结构则采用SATEWE的弹性时程分析方法进行校核，并采用盈建科软件进行复核对比。

经计算分析：

①纯地下室框架柱轴压比最大值为0.78，满足二级框架柱轴压比规范限值0.85的要求；特一级剪力墙，轴压比最大值为0.49，满足规范轴压比限值0.5的要求，二级剪力墙，轴压比最大值为0.58，满足规范轴压比限值0.6的要求，设计控制短肢剪力墙（包括一字型剪力墙）按一级，最大轴压比为0.37。

②各塔楼计算刚重比如下：

以上结果均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》的稳定性要求（EJd≥1.4H2∑Gi），在D-6#楼已考虑重力二阶效应外，其它各栋塔楼均可不考虑重力二阶效应的不利影响（EJd≥2.7 H2∑Gi）。

③抗震验算取12～18个振型，可保证振型参与有效质量系数大于90%。计算第一扭转周期Tt与第一平动周期T1之比Tt/T1： 最大值为D-5#D-7#楼的0.71，满足规范周期比限值0.90的要求。计算时考虑了双向地震作用，又考虑了单向地震作用时偶然偏心的影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层标准层竖向构件的弹性最大水平位移与该楼层最大与最小位移的位移比为：D-5#D-7#楼X向1.24，6-1#楼Y向1.36（为裙楼首层位置），大于1.2，但满足规范限值1.40的要求。D-2#在地震力作用下的最大位移为1/763，满足1/650的要求。D-5#、D-6#、D-7#在地震力作用下的最大位移为1/965，满足1/800的要求。

④计算抗侧力结构的层间受剪承载力与相邻上一层受剪承载力的比值的最小为0.82，满足A级高度的0.8。

⑤对于D-5#/D-7#楼，因存在五层楼面结构转换，其转换层上部与下部等效侧向刚度刚度比为：X向为1.10，Y向为0.82，大于0.8的规范要求；对于D-6#楼，因存在五层楼面结构转换，其转换层上部与下部等效侧向刚度刚度比为：X向为0.82，Y向为0.83，大于0.8的规范要求。

⑥计算均满足其楼层刚度比不宜小于相邻上部楼层楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层楼层侧向刚度平均值的80%的要求。

⑦对凹口抗震薄弱部位增设的拉板及核心筒部位采用弹性楼板假定进行整体分析，可充分考虑楼板刚度对结构水平力分配的影响。

⑧根据《地质报告》本工程属Ⅱ类场地，卓越周期0.35 s，按照程序提供的与本场地卓越周期相近的三种不同的场地人工模拟地震时程曲线（多遇地震50年63%的超越概率），进行时程分析计算的结果比较，说明CQC法（振型分解法）曲线基本上包括了三条地震波计算的曲线，且每条时程曲线计算所行的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%说明采用SATWE（弹性）分析所得的结果是合适的。

⑨其D-6#和D-5# /D-7#楼弹性时程分析图形如下：

D-6#楼计算结果。最大楼层位移，如图2所示。

最大层间位移角，如图3所示。

4 结 语

以上为笔者根据工程实例和参考相关技术资料后总结的经验，如果在工程中需要用到框支剪力墙结构，应根据工程的具体情况进行设计。总的来说，结构转换层是结构的薄弱部位，应该慎重处理，现代的建筑物功能越来越丰富，不同的功能分区采用不同的柱网的布置，使得框支剪力墙的应用越来越多，作为结构设计人员越来越多机会面对高难度的结构设计难题，这就要求工程师对这种框支剪力墙结构有更好的掌握。

参考文献：

[1] 李丽.框支剪力墙结构的设计[J].陕西建筑，2008，（5）.