李金石

摘 要：本文主要针对转换层剪力墙结构侧向刚度的计算方法展开了探究，简要介绍了高规JGJ3‐2002、JGJ3‐2010的计算方法，对新的计算方法及与高规法的沟通作了系统阐述，并结合了具体的算法案例，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：高层建筑转换层；层侧向刚度；计算方法

0 前言

所谓的转换层，是指建筑物某层的上部与下部平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构类型，并通过该楼层进行结构转换的结构。而剪力墙，是指房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的墙体。基于此，本文就转换层剪力墙结构侧向刚度的计算方法进行了探究，相信对有关方面有一定的帮助。

1 高规JGJ3‐2002、JGJ3‐2010的计算方法

老高规和新高规对转换层上下结构层侧向刚度均近似采用层所有剪力墙竖向构件只考虑柱假设两端无转动和剪切变形，只考虑弯曲变形的近似层总侧向刚度计算公式，

（1）

式中， ； Awi为第i层全部剪力墙在计算方向的有效截面面积；hi为i层层高；G为i层剪力墙混凝土的剪切弹性模量。

当楼层内有柱时，式Ai中尚应包括柱两端假设无转动时的侧移刚度，近似用下式表示：

（2）

（3）

式中：hcij为第i层第j根柱沿计算方向的截面高度。

高规明确规定当转换层在1、2层时可采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化。

当转换层在1层时，

（4）

式中，h1、h2分别为1层2层的层高。

当转换层在2层时，

（5）

式中，h3为3层的层高。

以上公式表明，高规转换层层侧向刚度是假定该楼层所有剪力墙竖向构件仅考虑剪切变形来求得侧向刚度，其中柱子假设两端无转角产生相对单位侧移时的剪力为其侧向刚度。

这一计算方法的优点是把结构层侧向刚度以仅与结构层竖向构件自身几何物理属性有关的形常数来表达，而与外荷载无关，这是正确的，但此法实质上是对层竖向构件两端的转动约束假设为无限刚约束且假设整个水平构件为无转动状态时，层产生单位侧移 时，这与实际情况不相符合，尤其是在转换层的上层和下层，其水平构件的抗弯刚度一般都不大，与假设无限刚相去甚远，即使转换层梁板自身抗弯刚度较大，也和无限刚假设有较大差距，因此这一计算方法的合理性和准确性尚需进一步的研究。

2 新的计算方法及与高规法的沟通

当转换层在一层时，转换层处产生单位水平位移 时，所需施加的水平力，即为该层的侧向刚度k1，当转换层在二层时，一层无侧移 ，转换层处产生水平位移 时，所需施加的水平力即为该层的层侧向刚度k2。

以上方法既考虑了层竖向构件的受力特性，也考虑了竖向构件两端实际的转动约束，因而是比较合理的。考虑到转换层上下层竖向构件两端的约束与无限刚假定相差甚远，可以判定现高规计算方法求得的层侧向刚度计算结果必然偏大，有时会偏大很多，这是设计时值得注意的，为了更清楚地阐明这个问题，可对两法作进一步的沟通。

高规法计算转换层层侧向刚度时，将转换层及相连上层或下层水平构件假定为无限刚，并只计算层剪力墙竖向构件的剪切变形导出的层侧向刚度计算公式，而新方法则不但计入了转换层自身及相邻的上下层水平构件弯曲变形，还计入了层竖向构件的弯曲变形影响，不但在理论上较为合理，而且适当简化后还可以与高规法相互均通。现以转换层在一层时为例进行说明，当转换层在一层时，假设转换层水平构件弯曲刚度为无限刚，计算模型可简化为图1所示，此时由于各竖向构件轴向变形并未制约，转换层水平构件整体转角 ，由此求得的层侧向刚度k1与高规法仍会略有差异，但可以判断此项影响很小，与用高规法求得的结果应较接近；如在图1模型基础上，对转换层水平构件施加竖向变形约束，则此时转换层下各竖向构件的变形状态将与高规法所作假定计算模型完全一致，从理论上分析，两者计算结果应完全一致，但高规法近似将剪力墙作为构件处理，而现有程序均将剪力墙按有限单元法计算，所以二者实际计算结果仍会有一定差别，

图1 图2

3 算例

算例：某30层框支转换层结构，转换层设置在1层，结构平面如图3。采用新高规法与新方法计算转换层上下层的侧向刚度及相应的层侧刚比，计算结果如表1。

图3 转换层结构布置示意图

（转换层下柱截面均为800x800，墙厚500mm，转换层上部截面厚均为200mm）

表1 转换层在1层时层侧向刚度（104KN/mm）

算例清楚表明，由于假设转换层及上下相邻层水平构件刚度为无限刚，高规层剪切刚度计算方法，求得的层侧向刚度计算结果分别偏大2.05至2.68倍，由此引起层侧刚比计算结果偏小6%或偏大16%，当结构构件情况变动时，误差有可能更大，事前也难以判断孰偏大或孰偏小，這对设计将带来颇为不利的影响。

4 结语

如今，随着我国建筑技术的发展进步，带转换层的部分框支剪力墙高层建筑得到了广泛应用。如果整体计算中侧向刚度不满足要求时， 可以通过调整转换层上下几层落地剪力墙位置、墙厚、数量、混凝土强度等级等手段使侧向刚度满足要求， 从而减少地震作用下给结构带来严重损害的可能性， 真正保证复杂结构设计的合理性、安全性。

参考文献

[1]荣维生、王亚勇、周仁刀.转换层上、下结构侧向刚度对带板式转换高层建筑结构抗震性能的影响[J].工程抗震与加固改造.2004（06）.

[2]魏琏、王森、孙仁范.高层建筑结构层侧向刚度计算方法的研究[J].建筑结构.2014（06）.