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摘要：随着城市建设的不断发展，在工程建设中对建筑结构设计有了更高的要求。
本文根据笔者多年设计经验，结合工程实践，对高层框支剪力墙结构的抗震设计进行简要介绍。
关键词：框支剪力墙结构；抗震设计；振型；周期；位移
1.引言
在一些高层建筑中，由于使用功能和美观要求，设计师有时将建筑的底层设计成大空间的架空层、大堂或者会所等。为了满足这种建筑使用功能的要求，通常在底部采用框支剪力墙结构，上部采用剪力墙结构。可以说，这类结构已成为高层住宅建筑发展的一大趋势，
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。因此，设计时应对底部薄弱层从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。下面以1#楼为例，对框支剪力墙结构的看真设计及软件应用情况进行简要介绍。
2.工程概况
本工程拟建场地位于城市街旁，周边已有已建建筑物，公路交通便利。概况为地下一层为车库，地上20层。首层～三层为商业裙楼，4层～20层为住宅。首层及二层的层高为4.9m，三层层高为5.7m，4～20层层高为3.6m。地上高度为76.700m，建筑面积约13000 m?。本工程结构设计基准周期为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，位移计算时采用50年一遇风压0.65kN/ m?，强度计算时采用100年一遇风压0.75kN/ m?。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅲ类。为满足商业的使用功能要求，在四层楼面设置梁板式结构转换层。转换层及标准层结构平面图如图一、图二所示。
图一 转换层结构平面图 图二 标准层结构平面图
3.抗震等级
由于本工程属于3层高位转换，地上高度为76.700m，根据《抗震规范设计规范》GB50011-2010第6.1.2条、《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010第10.2.6条以及广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005第3.6.1条和第3.6.4条规定，本工程抗震等级确定为如下：
结构部位 楼层号 剪力墙 框支柱 框支梁 普通框架柱 普通框架梁 备注
主楼 -1 一级 一级 一级 二级 地下室
1～2 一级 一级 一级 二级 剪力墙
底部加强部位
3 一级 一级 一级 二级
4 一级 二级 一级 二级
5 一级 三级 三级
6 三级 三级 三级
7层及以上 三级 三级 三级
裙楼 -1 二级 二级 地下室
1～屋面 二级 二级
4.裙楼及主楼的混凝土强度等级
如下图所示
图三 图四
4.转换层结构布置及构造加强措施
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。结构布置时，应注意防止结构沿竖向的刚度过于悬殊而降低其抗震性能；剪力墙力求对称、均匀、成组的布置，结构体系传力途径力求简洁明确。
本工程采取的主要措施如下：
1.根据工程的情况灵活布置，尽量使剪力墙落地，特别是刚度较大电梯筒和楼梯筒，使竖向构件连续，减少转换。根据本工程特点，在1-D轴～1-J轴灵活布置了截面尺寸为2600x800、2600x1200的转换柱，使其上部剪力墙基本落在转换柱范围内。
2.加厚落地剪力墙，增大转换层的的侧向刚度。本工程落地剪力墙除电梯筒外，厚度均做到了400。经计算，转换层侧向刚度满足《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010附录E关于转换层上、下结构侧向刚度规定。
3.减少转换层楼板的高低差，使地震力传递更为简洁明确。和建筑专业、给排水专业协商后，转换层厕所不采用沉箱形式，且阳台板面标高也不降低，从而使除开洞外，转换层楼板均在同一标高。
4.减轻结构自重，可直接减少混凝土用量，同时减小垂直荷载和水平地震力，进一步减小结构内力，改善经济指标，特别是基础和转换层的混凝土和钢材耗用量。本工程上部结构内墙采用加气混凝土砌块，容重为<=7KN/m3。有效减少了自重。
5.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，剪力墙布置时应尽量均匀布置，同时增强周边部位的抗扭刚度。在设计过程中，应多与建筑专业和水电专业紧密配合，尽量使用主梁转换，而不用次梁转换。
6.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软件和PMSAP软件进行计算分析和对比。结构分析计算时，仅取主楼范围计算，裙楼不参与计算。由于SATWE与PMSAP总体计算结果比较接近，下面以SATWE计算结果为例作介绍。
6.1振型及周期
本工程计算振型数为15个，计算结构显示抗震计算时的振型参与质量：X向为99.5%，Y向为99.5%，均大于90%。振型数满足要求。
剪重比Qx=2.22%，Qy=2.13%。均大于1.6%，满足规范要求。
计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.1977（Y方向平动系数0.96），T2=1.9356（X方向平动系数0.97）；T3=1.6537（扭转系数为0.99）。T3/T1=0.752<0.85，满足规范要求。
6.2 位移角与位移比
X方向地震作用的最大层间位移角为：1/1462；
Y方向地震作用的最大层间位移角为：1/1251；
X方向风荷载作用的最大层间位移角为：1/1664；
Y方向风荷载作用的最大层间位移角为：1/2090；
均小于1/1000，满足规范要求。
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比，X方向最大值为1.20，Y方向最大值为1.20。均不大于1.2，满足规范要求。
6.3 弹性动力时程分析
本工程采用SATWE程序进行动力时程分析，对结构进行补充设计。位移结果满足规范要求。
7.结束语
（1）框支剪力墙结构应充分重视选择合适的结构转换层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
（2）控制好转换层上下结构的侧向刚度比试框支剪力墙结构设计的关键问题之一，适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
（3）结构刚度太大，使得结构构件地震作用变大而导致配筋量增加，照成浪费；结构刚度太小，会使结构在正常使用条件下位移偏大，影响承载力、稳定性和使用。应合理布置构件，满足刚度适宜原则，既要满足安全度要求，又要使结构具备一定的延性，改善结构的变形能力。
参考文献：
[1]《抗震规范设计规范》GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010
[3]广东省实施《高层筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005
本文根据笔者多年设计经验，结合工程实践，对高层框支剪力墙结构的抗震设计进行简要介绍。
关键词：框支剪力墙结构；抗震设计；振型；周期；位移
1.引言
在一些高层建筑中，由于使用功能和美观要求，设计师有时将建筑的底层设计成大空间的架空层、大堂或者会所等。为了满足这种建筑使用功能的要求，通常在底部采用框支剪力墙结构，上部采用剪力墙结构。可以说，这类结构已成为高层住宅建筑发展的一大趋势，
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。因此，设计时应对底部薄弱层从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。下面以1#楼为例，对框支剪力墙结构的看真设计及软件应用情况进行简要介绍。
2.工程概况
本工程拟建场地位于城市街旁，周边已有已建建筑物，公路交通便利。概况为地下一层为车库，地上20层。首层～三层为商业裙楼，4层～20层为住宅。首层及二层的层高为4.9m，三层层高为5.7m，4～20层层高为3.6m。地上高度为76.700m，建筑面积约13000 m?。本工程结构设计基准周期为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，位移计算时采用50年一遇风压0.65kN/ m?，强度计算时采用100年一遇风压0.75kN/ m?。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅲ类。为满足商业的使用功能要求，在四层楼面设置梁板式结构转换层。转换层及标准层结构平面图如图一、图二所示。
图一 转换层结构平面图 图二 标准层结构平面图
3.抗震等级
由于本工程属于3层高位转换，地上高度为76.700m，根据《抗震规范设计规范》GB50011-2010第6.1.2条、《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010第10.2.6条以及广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005第3.6.1条和第3.6.4条规定，本工程抗震等级确定为如下：
结构部位 楼层号 剪力墙 框支柱 框支梁 普通框架柱 普通框架梁 备注
主楼 -1 一级 一级 一级 二级 地下室
1～2 一级 一级 一级 二级 剪力墙
底部加强部位
3 一级 一级 一级 二级
4 一级 二级 一级 二级
5 一级 三级 三级
6 三级 三级 三级
7层及以上 三级 三级 三级
裙楼 -1 二级 二级 地下室
1～屋面 二级 二级
4.裙楼及主楼的混凝土强度等级
如下图所示
图三 图四
4.转换层结构布置及构造加强措施
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。结构布置时，应注意防止结构沿竖向的刚度过于悬殊而降低其抗震性能；剪力墙力求对称、均匀、成组的布置，结构体系传力途径力求简洁明确。
本工程采取的主要措施如下：
1.根据工程的情况灵活布置，尽量使剪力墙落地，特别是刚度较大电梯筒和楼梯筒，使竖向构件连续，减少转换。根据本工程特点，在1-D轴～1-J轴灵活布置了截面尺寸为2600x800、2600x1200的转换柱，使其上部剪力墙基本落在转换柱范围内。
2.加厚落地剪力墙，增大转换层的的侧向刚度。本工程落地剪力墙除电梯筒外，厚度均做到了400。经计算，转换层侧向刚度满足《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010附录E关于转换层上、下结构侧向刚度规定。
3.减少转换层楼板的高低差，使地震力传递更为简洁明确。和建筑专业、给排水专业协商后，转换层厕所不采用沉箱形式，且阳台板面标高也不降低，从而使除开洞外，转换层楼板均在同一标高。
4.减轻结构自重，可直接减少混凝土用量，同时减小垂直荷载和水平地震力，进一步减小结构内力，改善经济指标，特别是基础和转换层的混凝土和钢材耗用量。本工程上部结构内墙采用加气混凝土砌块，容重为<=7KN/m3。有效减少了自重。
5.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，剪力墙布置时应尽量均匀布置，同时增强周边部位的抗扭刚度。在设计过程中，应多与建筑专业和水电专业紧密配合，尽量使用主梁转换，而不用次梁转换。
6.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软件和PMSAP软件进行计算分析和对比。结构分析计算时，仅取主楼范围计算，裙楼不参与计算。由于SATWE与PMSAP总体计算结果比较接近，下面以SATWE计算结果为例作介绍。
6.1振型及周期
本工程计算振型数为15个，计算结构显示抗震计算时的振型参与质量：X向为99.5%，Y向为99.5%，均大于90%。振型数满足要求。
剪重比Qx=2.22%，Qy=2.13%。均大于1.6%，满足规范要求。
计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.1977（Y方向平动系数0.96），T2=1.9356（X方向平动系数0.97）；T3=1.6537（扭转系数为0.99）。T3/T1=0.752<0.85，满足规范要求。
6.2 位移角与位移比
X方向地震作用的最大层间位移角为：1/1462；
Y方向地震作用的最大层间位移角为：1/1251；
X方向风荷载作用的最大层间位移角为：1/1664；
Y方向风荷载作用的最大层间位移角为：1/2090；
均小于1/1000，满足规范要求。
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比，X方向最大值为1.20，Y方向最大值为1.20。均不大于1.2，满足规范要求。
6.3 弹性动力时程分析
本工程采用SATWE程序进行动力时程分析，对结构进行补充设计。位移结果满足规范要求。
7.结束语
（1）框支剪力墙结构应充分重视选择合适的结构转换层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
（2）控制好转换层上下结构的侧向刚度比试框支剪力墙结构设计的关键问题之一，适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
（3）结构刚度太大，使得结构构件地震作用变大而导致配筋量增加，照成浪费；结构刚度太小，会使结构在正常使用条件下位移偏大，影响承载力、稳定性和使用。应合理布置构件，满足刚度适宜原则，既要满足安全度要求，又要使结构具备一定的延性，改善结构的变形能力。
参考文献：
[1]《抗震规范设计规范》GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2010
[3]广东省实施《高层筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005