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摘要：通过对转换层位置设置在不同高度的框支短肢剪力墙结构进行对比，分析结构的地震作用效应，研究结构的弹性时程反应，来探讨转换层设置高度对框支短肢剪力墙结构抗震性能的影响。
关键字：框支短肢剪力墙;地震作用;弹性时程分析Abstract: This paper is based on the location of the transfer story set in the short leg shear wall structure frame of different height of the comparison, analysis of earthquake effect of structure, process structure of elasticity, to investigate the effect of transfer storey of frame properties of short leg shear wall structure supported.
Keywords: Frame supported short shear wall; seismic action; elastic time history analysis
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A文章编号：
框支短肢剪力墙结构是在短肢剪力墙结构和框支剪力墙结构的基础上演变而来的一种结构形式。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2008) [1]在条文说明中，将框支短肢剪力墙结构纳入“部分框支抗震墙”范畴。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002) [2]中规定：底部大空間框支剪力墙高层建筑在地面以上的大空间层数，八度时不宜超过三层，七度时不宜超过五层，六度时其层数可适当增加。一批学者通过研究得出结论，认为转换层位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层，对抗震设计不利，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较多差异。
一、工程实例简介
宜昌市某商住楼，主体结构部分25层，房屋总高度75 m，底部一层为商铺层高4.5 m，上部层高2.9 m均为住宅。在满足安全性的基础上为控制房屋造价，上部结构采用了相当比例的短肢剪力墙作为抗侧力构件。。
转换层的结构平面布置如图1所示，图中主要转换大梁截面尺寸为1200mm1800 mm，框支柱截面尺寸为1200 mm1200 mm，普通框架柱截面尺寸为600 mm600 mm；转换层以上的标准层结构平面布置如图2b力墙墙厚均 Z4 Z4 ，剪力墙墙厚为200 mm。
图1 转换层以下结构平面布置
图2 转换层以上结构平面布置
二、结构分析
本文将以上面的商住楼为原型，分析转换层设置在不同位置(二层、四层、六层)对结构抗震性能的影响。将以下三种模型进行对比分析：
模型一(Z2)：转换层位于二层楼面，上部短肢墙结构23层，下部主楼2层，裙房一层。由于上下标准层层高不同，上部标准层层高2.9 m，下部标准层层高4.5 m，总层数不变。
模型二(Z4)：转换层位于四层楼面，上部短肢墙结构21层，下部主楼4层，裙房一层，上下标准层层高分别为2.9 m、4.5 m，总层数不变。
模型三(Z6)：转换层位于六层楼面，上部短肢墙结构19层，下部主楼6层，裙房一层，上下标准层层高分别为2.9 m、4.5 m，总层数不变。
采用ETABS软件对所有模型来进行计算、分析。
1 结构地震作用效应分析
1.1 结构侧移
图3 楼层位移值图4 楼层层间位移角值
表1各组模型层位移与层间位移角最大值比较
图3、图4列出了转换层分别位于第二层、第四层、第六层时结构在地震作用下Y方向的楼层侧移曲线以及层间位移角曲线。通过对这些曲线的分析与总结可得出：
(1)从图3可以看出，在转换层位置不同的情况下，结构的最大楼层侧移均发生在结构的顶部，其中当转换层设置在第二层时结构顶部的位移值最大，设置在第六层时结构顶部的位移值最小。同时，楼层的位移图反映出在结构的底部，随着转换层位置的提高，转换层下部的楼层位移值变大。
(2)图 4，三个模型的曲线在转换层附近均产生了明显的突变，且转换层设置的高度越高其突变的程度越明显。当转换层设置于二层时层间位移角曲线只在二层处出现突变，当转换层设置于四层时，层间位移角曲线在三、四层出现突变，当转换层设置于六层时，层间位移角曲线在三~六之间层出现突变，这些现象验证了现行高规中关于转换层所在楼层高度的限制。
(3)结合图3、图 4可以发现，在转换层处结构的楼层位移值曲线出现变化，在相同位置层间位移角值曲线发生突变，这是因为在转换层处刚度发生突变，从而导致结构侧移曲线在转换层处发生转折或突变。另外，当转换层设置于二层或四层时，其转换层上部短肢剪力墙结构的变形量，无论是楼层位移值还是层间位移角值，都显著大于转换层设置于六层时，造成这种不同的原因是随着转换层的降低，上部短肢墙的高度增加，其楼层变形量亦增加。
(4)从表1中的数据可以看出，随着转换层位置的提高结构的最大楼层位移以及最大层间位移角均变小；当转换层由第二层变为第四层时，最大楼层位移值减小2%，最大层间位移角值减小2%，当转换层由第四层变为第六层时，最大楼层位移值减小16%，最大层间位移角值减小21%。同时，表中数据还表明随着转换层位置的不同，结构最大层间位移角发生的楼层也不同，转换层位置越高，最大层间位移角所在的楼层也越高；由此可见，框支短肢剪力墙结构的最大层间位移角一般发生在转换层上部，框支层的层间位移角并未成为控制因素。
1.2 结构地震作用力
由图5中三种模型的楼层地震反应力曲线比较可知，转换层设置在二层、四层、六层时，转换层所处位置的地震作用均有明显的突变现象；同时，对于转换层下部的框支层而言，当转换层设置在二层、四层时框支层地震反应力没有明显的变化，但当转换层设置在六层时，在框支层的第三层，楼层地震反应力出现了明显的突变，由此可看出，转换层设置位置越高，楼层地震反应力的突变次数越多，对结构也越不利。
从图5还可看出，转换层所在楼层的地震反应力大小随着转换层位置的提高而变小，同时上部短肢剪力墙的楼层地震反应力也变小，造成这种现象是因为随着转换层位置上升，短肢剪力墙的总高度变小。
图5 楼层地震反应力曲线 图6 楼层层剪力曲线
图6为结构在地震作用下的楼层层剪力图。从图中可以看出，转换层设置在四层时，楼层的层剪力普遍大于转换层设置在第二层、第六层时；其中当转换层设置在第六层时楼层层剪力最小。由此可以看出，框支短肢剪力墙结构由于上部短肢墙的抗侧刚度比相对较小的缘故，我们不能简单的认为转换层设置在高位时对结构就一定是不利的。
从图6还可看出，无论转换层设置位置的高与低，楼层层剪力都在转换层附近发生了大的突变，而且这种剪力的突变随着转换层位置的升高而变的剧烈。
比较表2中的数据，转换层位置的变化对下部框架柱承担的地震剪力影响较大。框架柱承担的剪力在转换层以下的比例基本上变化不大，除底层外，都在30%左右，而底层框架柱承担的地震剪力也基本上差不多，在40%左右。但是，不论转换层设置在何处，在转换层所在层，框架柱承担的地震剪力比例均达到了最大，并且向下产生突变。究其原因，从单方面来说，提高转换层位置有利于下部框架受力，但转换层位置的提高使得框架柱在转换层处的建立突变增强，柱子承担的剪力在转换层下邻层突然变小，相对应的落地剪力墙的剪力在转换层附近突然变大，在转换层处达到了最大，这些变化在设计时应引起注意。
表2下部框架承担的剪力(弯矩)占楼层剪力(弯矩)的比例(%)
2 弹性时程分析
采用弹性时程分析法对轉换层设置高度不同的结构模型在多遇地震下进行结构计算。输入的地震波分别是：ELCENTRO(二类场地)波、TAF-2波和一条兰州人工(二类场地)波。
首先，对各组地震波的弹性时程分析结果及反应谱分析结果的楼层位移与层间位移角对比值如图7、图8所示。
对所得数据进行分析可知：
(1)三个模型分别在三组地震波作用下，计算所得的楼层位移、层间位移角曲线虽然在数值上有差别，但它们的变化趋势是一致的，仅在上部短肢墙部分，TAF-2波与EL波、兰州波的计算结果相比其楼层位移、层间位移角曲线略有偏差。以时程分析的平均值与反应谱分析的结果相比，楼层层间位移角除模型Z2以外，其余的变化趋势也是一致的；对于模型Z2，在上部短肢剪力墙中部，时程分析的层间位移角平均值不如反应谱分析的层间位移角值的变化那么明显，并且层间位移角的最大值出现的楼层亦不相同，反应谱分析时层间位移角的最大值出现在短肢墙的中部，而时程分析时层间位移角平均值的最大出现于短肢墙的中部偏上。这说明转换层设置位置较低时，结构的软弱层位置时程分析与反应谱分析的结果不一致，随着转换层位置的提高，结构的软弱层位置时程分析与反应谱分析的结果逐渐趋于一致。
Z2Z4
Z6
图7时程分析与谱分析楼层位移比较
Z2 Z4
Z6
图8时程分析与谱分析层间位移角比较
(2)从各条地震波的层位移及层间位移角曲线可知，三条地震波作用下结构的计算结果差距比较明显。以模型Z2为例，楼层位移的最大值的不同地震波作用下的最大值与最小值之间相差42%，层间位移角的最大值的不同地震波作用下的最大值与最小值之间相差33%。这说明选择不同的地震波对结构地震作用效应影响是很明显的。
(3)从反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值对比看，楼层的变形规律基本上趋于一致。在转换层上部，反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值有一定的不同，但随着转换层位置的提高，两者的差距越来越小，两者曲线越来越趋于重合。在转换层的下部，反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值几乎是一样的，两者的曲线也几乎是重合的。由此可见，对本中模型采用反应谱分析的结构侧移，在转换层以下的真实程度要高于转换层以上。
三、结语
通过对以上框支短肢剪力墙结构的研究可得到如下启示：
(1)框支短肢剪力墙结构由于上部短肢墙的抗侧刚度相对较小的缘故，我们不能简单的认为转换层设置在高位时对结构就一定是不利的，而应该综合多方面的结果进行分析、比较。
(2) 在对框支短肢剪力墙结构的框支层进行分析、设计时，对时程法和反应谱法所得楼层剪力的差异应引起重视。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准. 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2008). 北京: 中国建筑工业出版社, 2008
[2]中华人民共和国行业标准. 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002). 北京:中国工业建筑出版社, 2002
关键字：框支短肢剪力墙;地震作用;弹性时程分析Abstract: This paper is based on the location of the transfer story set in the short leg shear wall structure frame of different height of the comparison, analysis of earthquake effect of structure, process structure of elasticity, to investigate the effect of transfer storey of frame properties of short leg shear wall structure supported.
Keywords: Frame supported short shear wall; seismic action; elastic time history analysis
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A文章编号：
框支短肢剪力墙结构是在短肢剪力墙结构和框支剪力墙结构的基础上演变而来的一种结构形式。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2008) [1]在条文说明中，将框支短肢剪力墙结构纳入“部分框支抗震墙”范畴。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002) [2]中规定：底部大空間框支剪力墙高层建筑在地面以上的大空间层数，八度时不宜超过三层，七度时不宜超过五层，六度时其层数可适当增加。一批学者通过研究得出结论，认为转换层位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层，对抗震设计不利，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较多差异。
一、工程实例简介
宜昌市某商住楼，主体结构部分25层，房屋总高度75 m，底部一层为商铺层高4.5 m，上部层高2.9 m均为住宅。在满足安全性的基础上为控制房屋造价，上部结构采用了相当比例的短肢剪力墙作为抗侧力构件。。
转换层的结构平面布置如图1所示，图中主要转换大梁截面尺寸为1200mm1800 mm，框支柱截面尺寸为1200 mm1200 mm，普通框架柱截面尺寸为600 mm600 mm；转换层以上的标准层结构平面布置如图2b力墙墙厚均 Z4 Z4 ，剪力墙墙厚为200 mm。
图1 转换层以下结构平面布置
图2 转换层以上结构平面布置
二、结构分析
本文将以上面的商住楼为原型，分析转换层设置在不同位置(二层、四层、六层)对结构抗震性能的影响。将以下三种模型进行对比分析：
模型一(Z2)：转换层位于二层楼面，上部短肢墙结构23层，下部主楼2层，裙房一层。由于上下标准层层高不同，上部标准层层高2.9 m，下部标准层层高4.5 m，总层数不变。
模型二(Z4)：转换层位于四层楼面，上部短肢墙结构21层，下部主楼4层，裙房一层，上下标准层层高分别为2.9 m、4.5 m，总层数不变。
模型三(Z6)：转换层位于六层楼面，上部短肢墙结构19层，下部主楼6层，裙房一层，上下标准层层高分别为2.9 m、4.5 m，总层数不变。
采用ETABS软件对所有模型来进行计算、分析。
1 结构地震作用效应分析
1.1 结构侧移
图3 楼层位移值图4 楼层层间位移角值
表1各组模型层位移与层间位移角最大值比较
图3、图4列出了转换层分别位于第二层、第四层、第六层时结构在地震作用下Y方向的楼层侧移曲线以及层间位移角曲线。通过对这些曲线的分析与总结可得出：
(1)从图3可以看出，在转换层位置不同的情况下，结构的最大楼层侧移均发生在结构的顶部，其中当转换层设置在第二层时结构顶部的位移值最大，设置在第六层时结构顶部的位移值最小。同时，楼层的位移图反映出在结构的底部，随着转换层位置的提高，转换层下部的楼层位移值变大。
(2)图 4，三个模型的曲线在转换层附近均产生了明显的突变，且转换层设置的高度越高其突变的程度越明显。当转换层设置于二层时层间位移角曲线只在二层处出现突变，当转换层设置于四层时，层间位移角曲线在三、四层出现突变，当转换层设置于六层时，层间位移角曲线在三~六之间层出现突变，这些现象验证了现行高规中关于转换层所在楼层高度的限制。
(3)结合图3、图 4可以发现，在转换层处结构的楼层位移值曲线出现变化，在相同位置层间位移角值曲线发生突变，这是因为在转换层处刚度发生突变，从而导致结构侧移曲线在转换层处发生转折或突变。另外，当转换层设置于二层或四层时，其转换层上部短肢剪力墙结构的变形量，无论是楼层位移值还是层间位移角值，都显著大于转换层设置于六层时，造成这种不同的原因是随着转换层的降低，上部短肢墙的高度增加，其楼层变形量亦增加。
(4)从表1中的数据可以看出，随着转换层位置的提高结构的最大楼层位移以及最大层间位移角均变小；当转换层由第二层变为第四层时，最大楼层位移值减小2%，最大层间位移角值减小2%，当转换层由第四层变为第六层时，最大楼层位移值减小16%，最大层间位移角值减小21%。同时，表中数据还表明随着转换层位置的不同，结构最大层间位移角发生的楼层也不同，转换层位置越高，最大层间位移角所在的楼层也越高；由此可见，框支短肢剪力墙结构的最大层间位移角一般发生在转换层上部，框支层的层间位移角并未成为控制因素。
1.2 结构地震作用力
由图5中三种模型的楼层地震反应力曲线比较可知，转换层设置在二层、四层、六层时，转换层所处位置的地震作用均有明显的突变现象；同时，对于转换层下部的框支层而言，当转换层设置在二层、四层时框支层地震反应力没有明显的变化，但当转换层设置在六层时，在框支层的第三层，楼层地震反应力出现了明显的突变，由此可看出，转换层设置位置越高，楼层地震反应力的突变次数越多，对结构也越不利。
从图5还可看出，转换层所在楼层的地震反应力大小随着转换层位置的提高而变小，同时上部短肢剪力墙的楼层地震反应力也变小，造成这种现象是因为随着转换层位置上升，短肢剪力墙的总高度变小。
图5 楼层地震反应力曲线 图6 楼层层剪力曲线
图6为结构在地震作用下的楼层层剪力图。从图中可以看出，转换层设置在四层时，楼层的层剪力普遍大于转换层设置在第二层、第六层时；其中当转换层设置在第六层时楼层层剪力最小。由此可以看出，框支短肢剪力墙结构由于上部短肢墙的抗侧刚度比相对较小的缘故，我们不能简单的认为转换层设置在高位时对结构就一定是不利的。
从图6还可看出，无论转换层设置位置的高与低，楼层层剪力都在转换层附近发生了大的突变，而且这种剪力的突变随着转换层位置的升高而变的剧烈。
比较表2中的数据，转换层位置的变化对下部框架柱承担的地震剪力影响较大。框架柱承担的剪力在转换层以下的比例基本上变化不大，除底层外，都在30%左右，而底层框架柱承担的地震剪力也基本上差不多，在40%左右。但是，不论转换层设置在何处，在转换层所在层，框架柱承担的地震剪力比例均达到了最大，并且向下产生突变。究其原因，从单方面来说，提高转换层位置有利于下部框架受力，但转换层位置的提高使得框架柱在转换层处的建立突变增强，柱子承担的剪力在转换层下邻层突然变小，相对应的落地剪力墙的剪力在转换层附近突然变大，在转换层处达到了最大，这些变化在设计时应引起注意。
表2下部框架承担的剪力(弯矩)占楼层剪力(弯矩)的比例(%)
2 弹性时程分析
采用弹性时程分析法对轉换层设置高度不同的结构模型在多遇地震下进行结构计算。输入的地震波分别是：ELCENTRO(二类场地)波、TAF-2波和一条兰州人工(二类场地)波。
首先，对各组地震波的弹性时程分析结果及反应谱分析结果的楼层位移与层间位移角对比值如图7、图8所示。
对所得数据进行分析可知：
(1)三个模型分别在三组地震波作用下，计算所得的楼层位移、层间位移角曲线虽然在数值上有差别，但它们的变化趋势是一致的，仅在上部短肢墙部分，TAF-2波与EL波、兰州波的计算结果相比其楼层位移、层间位移角曲线略有偏差。以时程分析的平均值与反应谱分析的结果相比，楼层层间位移角除模型Z2以外，其余的变化趋势也是一致的；对于模型Z2，在上部短肢剪力墙中部，时程分析的层间位移角平均值不如反应谱分析的层间位移角值的变化那么明显，并且层间位移角的最大值出现的楼层亦不相同，反应谱分析时层间位移角的最大值出现在短肢墙的中部，而时程分析时层间位移角平均值的最大出现于短肢墙的中部偏上。这说明转换层设置位置较低时，结构的软弱层位置时程分析与反应谱分析的结果不一致，随着转换层位置的提高，结构的软弱层位置时程分析与反应谱分析的结果逐渐趋于一致。
Z2Z4
Z6
图7时程分析与谱分析楼层位移比较
Z2 Z4
Z6
图8时程分析与谱分析层间位移角比较
(2)从各条地震波的层位移及层间位移角曲线可知，三条地震波作用下结构的计算结果差距比较明显。以模型Z2为例，楼层位移的最大值的不同地震波作用下的最大值与最小值之间相差42%，层间位移角的最大值的不同地震波作用下的最大值与最小值之间相差33%。这说明选择不同的地震波对结构地震作用效应影响是很明显的。
(3)从反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值对比看，楼层的变形规律基本上趋于一致。在转换层上部，反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值有一定的不同，但随着转换层位置的提高，两者的差距越来越小，两者曲线越来越趋于重合。在转换层的下部，反应谱分析结果与三条地震波结果的平均值几乎是一样的，两者的曲线也几乎是重合的。由此可见，对本中模型采用反应谱分析的结构侧移，在转换层以下的真实程度要高于转换层以上。
三、结语
通过对以上框支短肢剪力墙结构的研究可得到如下启示：
(1)框支短肢剪力墙结构由于上部短肢墙的抗侧刚度相对较小的缘故，我们不能简单的认为转换层设置在高位时对结构就一定是不利的，而应该综合多方面的结果进行分析、比较。
(2) 在对框支短肢剪力墙结构的框支层进行分析、设计时，对时程法和反应谱法所得楼层剪力的差异应引起重视。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准. 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2008). 北京: 中国建筑工业出版社, 2008
[2]中华人民共和国行业标准. 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002). 北京:中国工业建筑出版社, 2002