高层建筑剪力墙结构设计实例分析

高层建筑剪力墙结构设计实例分析摘要：近年来，随着高层建筑高速发展，为了满足建筑功能的要求，结构必须设置转换层进行结构转换柱下部大空间框支剪力墙结构可以在建筑物下部形成一层或多层的大空间，通过结构转换层，用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。文章主要结合工程实例，论述了高层住宅楼的结构设计与布置、结构计算及结构构件等设计要点，以供类似的工程参考。

关键词：高层建筑结构设计结构计算抗震构造

中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

1 工程概述

某高层住宅楼，一共有32 层，地下室3 层，为车库及设备用房；首层架空层，层高为 6.3m；2 层以上为住宅，层高为3.2m。本工程二层设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为 50 年，安全等级为二级，建筑物抗震类别丙类；地震设防烈度：7度。

2 结构设计与布置

2.1 抗震等级的确定

在确定抗震等级对，框支剪力墙结构中转换层以上剪力墙按一般剪力墙结构的抗震等级取用，框支层框架和框支层落地抗震墙底部加强部位的抗震等级应按现行建筑抗震设计规范予以提高。本工程为7度抗震设防，转换层以上非底部加强部位剪力墙及底部加强部位剪力墙抗等级按一级，转换层以下的框支框架按特一级。根据

《高层建筑混凝土结构技术规程》 ( jgj3－2010)修订版中第3.3.2条的规定，丙类建筑应符合本地区抗震设防烈度要求。当建筑场地为甲类时，6、7度时，应允许按本地区抗震设防烈度提高一度的要求采取抗震构造措施。

2.2 转换层结构布置

目前结构转换层的做法有：厚板转换层结构、巨型梁转换层结构。巨型桁架转换结构等型式。在工程实践中，以转换梁的型式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程经比较采用了巨型梁转换层结构型式，它是用大梁将上部剪力墙托住，托梁由框支柱支承。

由于建筑物周边地形原因，3层地下室有一个侧面不是全部埋在地面以下，所以偏于安全的考虑建筑物的计算高度，从地下室负3层的地面标高算起，建筑主体高度为112.2m。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3－2010)修订版中第3.3.2条中规定，本工程已经属于b级高度。考虑到型钢混凝土结构具有更大的结构承载能力及良好的结构延性，变形能力和耗能能力较强，可以有效地控制结构转换层的刚度突变，为减小转换层下部附近层的层间位移起到了较显著的作用，所以本设计底部框支梁与框支柱决定采用型钢混凝土结构。

2.3 标准层结构布置

标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以

减少地震作用下的扭转效应，因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时，在凸出部分的端部附近布置剪力墙，同时增强边角部位剪力墙的刚度，加大平面远端刚度结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙，用来结构控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成 l 形、t 形，在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中，与建筑专业紧密配合，尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上，而不随便采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，混凝土强度等级由c45 渐变至c30 剪力墙厚度由300mm渐变至200mm。

标准层住宅在外围剪力墙局部开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，针对这一不利因素，在角窗处设置了1200mm高的梁(上翻600mm)，以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力。标准层的核心筒位于平面中心，电梯间开洞使楼面有较大的削弱，结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150mm，并采取双层双向配筋，以加强其刚度。

3 结构计算及结果分析

本工程采用中国建筑科学研究院 pkpm 系列 satwe 软件计算分析，以 satwe的计算结构为施工图的主要设计依据。

3.1 振型及周期

本工程计算振型数为24个，计算结果显示抗震计算时的振型参

与质量与总质量之比为: x向为96. 05%，y向为96. 01%；可见计算时采用的振型数是足够的计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期: t1=2.82( y 方向平动系数1.0；t2=2. 49；x 向平动系数0.98)；t3=2.18（扭转系数0.98）根据大量工程实例的统计，正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为：t1=（0.08～0.12)n（n为建筑物的层数），本工程第一振型的周期约为0.09n 属于在正常范围之内按刚性楼板假定进行结构整体计算时，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期 t1 之比，b 级高度高层建筑不应大于0.85 本工程扭转周期比tt1/t1= 0.773，满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内，结构的刚度合理。

本工程存在着一定的扭转不规则，即在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值之比超过 1.2倍，但是其比值较小（＜1.31），特别是塔楼部分普遍都小于1.25，最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大，其平均层位移很小，但是由于裙楼质心到端部尺寸很大，尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小，层间位移角值比规范限基本小一倍以上，因此，对于整个结构的影响是比较小的。

3.2 转换层刚度比

刚度比计算选用剪切刚度参数计算，转换层上部结构与下部结

构的侧向刚度比为: x 方向γ=1.198，y方向γ=1.182，转换层上下层侧向刚度比较小；转换层上下层的层间位移角比较接近，在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。

3.3 动力时程分析

本工程采用satwe 程序进行动力时程分析，对结构进行了补充设计。波形采用mmw－3、lan3－3，lan5－3 以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比，大部分楼层墙。梁配筋基本一致，说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。

4结构构件设计

4.1框支柱

本工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。

4.2框支梁

本工程框支梁宽度为500~1000mm。框支梁受力巨大且受力情况