贵阳未来方舟F7区1栋框支剪力墙结构分析

摘要： 本文介绍了贵阳未来方舟f7区1栋部分框支剪力墙结构利用PKPM软件的SATWE程序与框支剪力墙有限元分析程序（FEQ）进行对比分析的结果。通过两个程序计算得到相应的转换柱轴压比、转换梁和上部剪力墙内力等结果，并对上述结果间的差异及成因进行了分析，从而提出如何合理选择分析结果进行设计的建议。

关键词： 框支剪力墙结构，转换柱，转换梁

Abstract: This paper introduces a part of the shear wall structures supported Guiyang future Ark F7 to use PKPM software SATWE procedures and frame - shear wall finite element analysis program (FEQ) comparative analysis of the results. Conversion of axial compression ratio calculated by the two procedures, convert the results of beam and the internal force of the upper shear wall, and the difference between these results and causes are analyzed, which made recommendations how to choose a reasonable analysis of the results of the design.

Keywords: frame - shear wall structure, the conversion columns, transfer beam

中图分类号：TU398+.2文献标识码： A 文章编号：

1 引言

框支剪力墙结构是高层商住楼中普遍采用的一种结构体系，随着经济的发展以及人们对建筑功能要求的提高，高位转换及超限高层结构的应用也越来越多。文献[1]、[2]对带转换层高层结构的抗震等级、分析计算及设计构造措施均有专门的规定。尤其是高位转换的高层建筑，还应作超限高层建筑工程抗震设防专项审查。PKPM软件由于与国内规范结合紧密且配筋结果直观，是国内设计院常用的设计软件，对于普通的钢筋砼结构一般采用SATWE计算结果进行设计，但对于带有转换层的复杂高层结构，由于转换柱受轴压比控制截面一般较大，而SATWE采用的是杆单元进行所有梁、柱的计算，使得转换层以上的剪力墙与转换梁之间的传力失真从而导致得出的转换梁配筋和截面都超大，因此需要采用有限元程序进行转换层的复核计算。本文结合某工程实例，分析了SATWE计算转换梁及转换层以上一层剪力墙超筋的原因，并利用PKPM框支剪力墙有限元分析FEQ进行复核，比较二者之间的差异及产生差异的原因，从而选择合理的结果进行设计。

2 工程概况

贵阳未来方舟F区某高层部分框支剪力墙结构工程，建筑层数为三十层，转换层位于结构七层，转换梁截面为1.2m×2m，转换梁两端转换柱截面为1.2m×2.3m（1.2m×2.4m），转换梁砼等级为C55，转换柱砼等级为C55，转换层结构布置平面图见图1。

图1 转换层结构布置平面图

图2 单榀框支框架平面图图3 单榀框支框架立面图

3 转换梁、转换柱的对比分析与设计

取一榀框支剪力墙分别利用SATWE和FEQ程序进行计算，得出转换梁与转换柱KZZ1内力结果见表一。

表一单位：KN，m

图 4转换梁受力示意图(SATWE)图 5 转换梁受力示意图(FEQ)

图 6单元划分示意图(SATWE)图 7单元划分示意图(FEQ)

从表一可以看出，两个程序得出的梁弯矩和剪力差异非常大，相应地转换柱KZZ1设计弯矩结果也有3.59倍的关系。这是由于程序中采用的单元类型和划分有较大差异，从而造成的梁计算跨度的不同和力传递路径的不同，进而造成两个程序得出内力结果相差很大。两个程序的传力模式见图4、图5，单元划分对比详图6、图7。SATWE的梁、柱计算采用的是线单元，梁与柱连接及柱顶本身仅有一个节点即柱截面中心点，而上部剪力墙采用面单元，这样上部剪力墙划分单元后有一部分落在柱中心点以外为自由约束从而在梁两端分别产生一个集中力(图中的V1,V2)，而落在柱截面中心点以内部分的传力路径是墙——梁——柱，因此梁计算跨度、跨中弯矩及梁端剪力均大幅增大。而FEQ对转换梁、柱均采用壳单元，与上部剪力墙单元划分一致，梁、柱、墙节点协调变形，内力也协调，这样上部剪力墙落在柱截面以内部分的轴力直接传给柱，梁计算跨度为两端转换柱之间的净距4米而不是中心点距离6.35米（跨度相差2.35米），因而其受力状态应更加准确，更接近真实情况。根据FEQ计算所得梁内力，所选梁截面是满足抗剪截面要求的，且纵筋配筋按转换梁构造配筋即可。这个结论也符合力学基本概念，因为本工程转换柱截面非常大，刚度也很大，由于拱效应，上部剪力墙荷载绝大部分已直接传给下面的转换柱，因此转换梁所受剪力及弯矩均应减小，FEQ程序的计算结果更好地证实了这一点。

另外，虽然FEQ计算内力更接近真实，但是其配筋简图显示转换柱及转换层以上剪力墙轴压比均超限，查看文本文件，柱轴力与SATWE接近，根据柱轴力反算FEQ采用的砼等级为C25而不是SATWE所定义的砼等级，因此FEQ的配筋结果并不可靠，只能利用其内力值根据实际的砼等级来计算配筋并用于设计。

4 转换层以上一层剪力墙的对比分析与设计

表二为SATWE和FEQ计算转换层以上第一层剪力墙的内力值比较。二者计算得出的剪力墙剪力接近，但是弯矩相差很大，SATWE的结果偏大，尤其是Q1的弯矩值相差超过10倍。这也是由于SATWE与FEQ采取的计算单元不同，见图6、图7。SATWE程序的梁、柱均为杆单元，上部剪力墙划分单元后有一部分落在柱中心点以外为自由约束，因此弯矩计算值偏大许多。

表 二单位：KN，m

5 结论

（1）当转换柱截面较大时，SATWE计算转换梁的跨度偏差也较大以及剪力墙单元划分与转换柱连接不协调，导致转换梁的弯矩和剪力、转换柱的弯矩均偏大。

（2）FEQ计算框支剪力墙结构的转换梁、转换柱及转换层以上2层的剪力墙的内力值更加准确，但是由于程序内定的砼等级取值不能修改导致配筋结果不可靠。

（3）为了满足设计需求，应该结合工程经验，采用SATWE初步估算转换梁的截面及配筋，然后采用FEQ进行强度内力复核及配筋复核。

参考文献：

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010[M]，北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 建筑抗震设计规范GB 50011-2010[M]，北京：中国建筑工业出版社，2010

第一作者个人简介：

1998-2002：武汉水利电力大学（宜昌） 土木工程学士

2002-2005：天津大学 结构工程硕士

2005-2008：深圳市粤鹏建筑设计有限公司 结构设计

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。