對框架中設(shè)置少量剪力墻的結(jié)構(gòu)體系的探討

程海艷+程其芬

摘 要】根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，對布置少量剪力墻的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)采用不同的結(jié)構(gòu)體系分析進(jìn)行探討，以確定結(jié)構(gòu)計(jì)算中選取合適的結(jié)構(gòu)體系。

【關(guān)鍵詞】框架；框架-剪力墻；規(guī)定的水平力；傾覆力矩

Discussion on the framework set up a small amount of shear wall structure system

Cheng Hai-yan,Cheng Qi-fen

(Three Gorges University Institute of Architectural Design Yichang Hubei 443002)

【Abstract】According to "high-rise building concrete structures" and "Seismic Design of Buildings", arranged for a small amount of shear wall frame - shear wall structure with different structural systems designed to explore the analysis to determine the structural calculations, select the appropriate architecture.

【Key words】Frame;Frame - shear wall;Horizontal force required;Overturning moment

1. 前言

近年來在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)碰到一些高層建筑，由于功能要求不好布置剪力墻，不能采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)采用框架結(jié)構(gòu)體系時(shí)，雖能滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（以下簡稱《高規(guī)》）中對A級高度鋼筋混凝土高層建筑最大使用高度的要求，但計(jì)算結(jié)果中位移和周期比無法滿足規(guī)范要求，在框架結(jié)構(gòu)體系中增加少量的剪力墻才能使計(jì)算滿足規(guī)范要求。那就會(huì)有如下幾個(gè)問題：（1）布置多少剪力墻算少量剪力墻？（2）布置了少量剪力墻的框架應(yīng)算框架結(jié)構(gòu)還是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)？（3）在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，程序中的結(jié)構(gòu)體系信息是選擇框架結(jié)構(gòu)還是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)？

2.《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）以下簡稱《抗規(guī)》中第6.2.2條對抗震等級為一、二、三、四級的框架梁柱的內(nèi)力設(shè)計(jì)值做了調(diào)整，有目的的增大柱的內(nèi)力，體現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)概念。“ηc——框架柱端彎矩增大系數(shù)；對框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級可分別為1.7、1.5、1.3、1.2；其他結(jié)構(gòu)類型中的框架，一級可取1.4，二級可取1.2，三、四級可取1.1.”；6.2.5條：“ηvc——柱剪力增大系數(shù)；對框架結(jié)構(gòu)，一、二、三、四級可分別取1.5、1.3、1.2、1.1；對其他結(jié)構(gòu)類型的框架，一級可取1.4，二級可取1.2，三、四級可取1.1。”從中可以看出框架柱彎矩增大系數(shù)和柱剪力增大系數(shù)不僅與結(jié)構(gòu)的抗震等級有關(guān)，還與其結(jié)構(gòu)體系有關(guān)；框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算及構(gòu)造措施更高于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，故在對高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須先判定其結(jié)構(gòu)體系，本文僅針對在框架中設(shè)置少量剪力墻的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行探討

（1）《高規(guī)》第8.1.3條明確了抗震設(shè)計(jì)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的比值來確定相應(yīng)的計(jì)算方法。當(dāng)在規(guī)定的水平力作用下框架部分承擔(dān)的傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%但不大于80%時(shí)，意味著剪力墻的數(shù)量偏少，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加，框架部分抗震等級和軸壓比均宜按框架結(jié)構(gòu)規(guī)定采用；當(dāng)框架承擔(dān)的傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的80%時(shí)，意味著結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量極少，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大適用高度應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)采用，框架部分抗震等級和軸壓比均應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)規(guī)定采用。

（2）框架結(jié)構(gòu)設(shè)置少量剪力墻的結(jié)構(gòu)體系以框架結(jié)構(gòu)作為受力主體，通過增加適量的剪力墻數(shù)量，對框架結(jié)構(gòu)的受力性能和結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)和改善以滿足規(guī)范的要求。

（3）以某大樓為例，抗震設(shè)防烈度6度，場地類別為Ⅲ類，地上15層，地下1層，結(jié)構(gòu)嵌固在地下室頂板，地下室層高為4.2m，第1層層高為5.5m，第2~7層層高為4.2m，8層及以上各層層高為3.6m，室內(nèi)外高差為0.45m，房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算高度為H=5.5+4.2x6+3.6x8+0.45=59.95m。此高度小于60m，滿足《高規(guī)》第3.3.1條A級高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度，此結(jié)構(gòu)可采用框架結(jié)構(gòu)體系，但經(jīng)計(jì)算，其結(jié)構(gòu)位移及周期指標(biāo)不滿足《高規(guī)》的要求，需要采取增加剪力墻的措施，由于建筑功能的限制，僅在建筑四角角部布置了剪力墻，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，在規(guī)定水平力作用下，底層框架部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的80%，意味著該結(jié)構(gòu)的剪力墻數(shù)量極少。

（4）按《高規(guī)》第8.1.3.4條的要求，該結(jié)構(gòu)應(yīng)按框架剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗震等級及軸壓比控制按框架結(jié)構(gòu)控制。

（5）《抗規(guī)》第6．1．3 條指出，鋼筋混凝土房屋抗震等級的確定：當(dāng)設(shè)置少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)，在規(guī)定的水平力作用下，底層框架部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50％時(shí)，其框架的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定，抗震墻的抗震等級可與其框架的抗震等級相同。

（6）對《抗規(guī)》的上述規(guī)定可以從以下幾個(gè)方面理解： 關(guān)于框架和抗震墻組成的結(jié)構(gòu)的抗震等級。設(shè)計(jì)中有三種情況：其一，個(gè)別或少量框架，此時(shí)結(jié)構(gòu)屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系的范疇，其剪力墻的抗震等級，仍按剪力墻結(jié)構(gòu)確定；框架的抗震等級可參照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的框架確定。其二，當(dāng)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)有足夠的抗震墻時(shí)，其框架部分是次要抗側(cè)力構(gòu)件，按本規(guī)范表6．1．2框架-抗震墻結(jié)構(gòu)確定抗震等級；其三，墻體很少，在規(guī)定的水平力作用下，框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定。

（7）《抗規(guī)》明確了底層框架部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50％時(shí)仍屬于框架結(jié)構(gòu)范疇。

（8）按多道抗震防線的概念設(shè)計(jì)要求，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體是第一道防線，對于這種少墻框架結(jié)構(gòu)，剪力墻抗震性能較差，剪力墻受力過大，易過早破壞，當(dāng)剪力墻出現(xiàn)裂縫而剛度退化后，引起框架和剪力墻之間的塑性內(nèi)力重分布，使框架成為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，此時(shí)雖然整體剛度減小，所吸收的地震能量也減少，但框架部分承擔(dān)的地震作用反而有可能增大，故筆者認(rèn)為，這種少墻框架應(yīng)同《抗規(guī)》的規(guī)定按框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓框架部分成為抗震的第一道防線。

（9）雖然《高規(guī)》第8.1.3.4條規(guī)定“……框架部分的抗震等級和軸壓比限值應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。……”但在模型計(jì)算時(shí)選用了框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)其計(jì)算結(jié)果是不一樣的，如前所述的內(nèi)力調(diào)整，柱子的最小配筋率等，為滿足“小震不壞，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，應(yīng)選用對結(jié)構(gòu)有利的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3. 結(jié)語

框架中布置少量剪力墻的框架剪力墻結(jié)構(gòu)屬于一種特殊的結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計(jì)中和使用中存在很多不確定的因素，加之《高規(guī)》與《抗規(guī)》的不同，給我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了很多的疑惑，又因?yàn)檫@種少墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能差，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，當(dāng)一定要采用此種結(jié)構(gòu)體系時(shí)，一定要認(rèn)真對待，仔細(xì)分析，按框架結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)均進(jìn)行計(jì)算比較，合理設(shè)計(jì)。

同時(shí)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用概念清晰，體系明確的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，以使結(jié)構(gòu)更安全合理，經(jīng)濟(jì)適用。

參考文獻(xiàn)

［1］ JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［2］ GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［作者簡介］ 程海艷，女，職稱：工程師。

程其芬，女，職稱：工程師。

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