因建筑功能导致竖向抗侧力构件不连续的常见情况:建筑底部功能为商业或大开间,上部为住宅或办公,需通过转换实现建筑功能。现对于超限高层结构,当不落地剪力墙或框架柱数量很少时,是否将其计入一项竖向不规则项,《抗规》规定不明确,导致工程师在此类规则性判断方面无依据。
抗规》中竖向抗侧力构件不连续指竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、衍架等)向下传递;美国规范UBC 97[3] 中竖向抗侧力构件不连续的定义为:竖向抗侧力单元在平面内错位距离超过单元长度。结构的竖向荷载的传力途径一般为:板次梁主梁被转换的柱(墙)转换梁转换柱。由于转换梁的竖向刚度远小于竖向构件的轴向刚度,导致转换梁的竖向变形较大,使被转换构件和转换柱产生较大内力,形成内力突变的薄弱位置。
当竖向抗侧力构件不连续时,上部刚性墙体的地震倾覆力矩对下部框支柱产生很大的轴向拉、压力,使框支框架在轴向力作用下发生破坏。若转换构件的刚度较弱,将产生较大挠度,会导致转换构件上部的剪力墙、柱发生破坏。
下面以算例分析说明竖向抗侧力构件不连续对整体结构的影响。
某部分框支剪力墙结构,62层,高度197m,宽度为17.7m,长度为32.8m,由于建筑要求,3层需要部分框支转换,以X向计算结果为例,说明不落地墙截面面积占比对结构的整体侧向刚度比和楼层抗剪承载力比的影响。部分框支剪力墙结构平面布置图如图4所示。
从图5侧向刚度比结果可知,当不落地墙的截面面积占比小于10%时,结构转换层的侧向刚度比大于无转换时侧向刚度比;当不落地墙的截面面积占比大于10%而小于20%时,结构转换层的侧向刚度比相比无转换时最大值减小5%。从图6抗剪承载力比结果可知,各种情况下结构转换层的抗剪承载力比都大于无转换结构的。另外,《抗规》第6.1.1条条文说明指出:仅有个别墙体不落地,例如不落地墙的截面面积不大于总截面面积的10%,只要框支部分的设计合理,仍可视为抗震墙结构。
综上所述,当不落地墙的截面面积占比小于10%时,其对转换层的刚度比和楼层抗剪承载力比均影响轻微。