框架-抗震墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

【摘 要】根據(jù)框架—抗震墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中常遇到的重點(diǎn)問(wèn)題，采用量化指標(biāo)合理確定框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)；同時(shí)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)詳細(xì)敘述了框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中抗震墻的布置原則。

【關(guān)鍵詞】框架—抗震墻結(jié)構(gòu)；抗震等級(jí)；墻體布置

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)由于具有建筑平面布置靈活和抗側(cè)剛度大的特點(diǎn)，以及較好的抗震性能，因而在三十層以下的高層建筑中大量被采用?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)是由多種具有不同受力特性構(gòu)件（如框架梁、柱，框架與抗震墻之間的連梁，抗震墻墻肢，抗震墻連系梁等）組成的結(jié)構(gòu)，框架-抗震墻結(jié)構(gòu)通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使其具有優(yōu)秀的抗震性能，在地震作用下成為良好的耗能體系，滿(mǎn)足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震原則，從而達(dá)到可靠與經(jīng)濟(jì)的目的。

一、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)是由框架和抗震墻兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，這兩種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和變形性質(zhì)都不相同，框架在水平力作用下屬于剪切型變形的豎向空腹懸臂構(gòu)件，而抗震墻在水平力作用下屬?gòu)澢妥冃蔚呢Q向懸臂構(gòu)件，由于有剛性樓蓋將框架和抗震墻連接成一個(gè)整體，使框剪結(jié)構(gòu)成為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)受力體系，其變形既非剪切型亦非彎曲型而是剪彎型。在框架和抗震墻結(jié)構(gòu)的下部樓層，抗震墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，抗震墻承受大部分水平力，上部樓層則相反，抗震墻位移越來(lái)越大，有外側(cè)的趨勢(shì)，而框架則有內(nèi)收的趨勢(shì)，框架拉抗震墻按剪切型曲線變形，框架除了負(fù)擔(dān)外荷載產(chǎn)生的水平力外，還額外負(fù)擔(dān)了把剪力拉回來(lái)的附加水平力，抗震墻不但不承受荷載產(chǎn)生的水平力，還因?yàn)榻o框架一個(gè)附加水平力而承受負(fù)剪力，所以，上部樓層即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也出現(xiàn)相當(dāng)大的剪力。

二、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)確定

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 3-2010）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高規(guī)）第8.1.3條，抗震設(shè)計(jì)的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)在規(guī)定的水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的比值，選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，確定框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中框架、抗震墻的抗震等級(jí)。當(dāng)框架部分承擔(dān)總傾覆力矩的百分比（MC/M0）滿(mǎn)足不同要求時(shí)，結(jié)構(gòu)性能存在較大差別。（1）當(dāng)MC/M0≤10％時(shí)：為有個(gè)別框架的抗震墻結(jié)構(gòu)，工作機(jī)理接近純抗震墻結(jié)構(gòu)。這種情況，框架承擔(dān)的地震作用較小，絕大部分地震作用由抗震墻承擔(dān)。這種結(jié)構(gòu)中的抗震墻抗震等級(jí)可按抗震墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定確定，計(jì)算分析按抗震墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，最大適用高度仍按框架－抗震墻的相關(guān)要求執(zhí)行，其側(cè)向位移控制指標(biāo)按抗震墻結(jié)構(gòu)采用。（2）10％＜MC/M0≤50％時(shí)：為框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中的抗震墻抗震和框架等級(jí)直接按高規(guī)表3.9.3及表3.9.4的規(guī)定確定，計(jì)算分析、最大適用高度、側(cè)向位移控制指標(biāo)均按框架－抗震墻結(jié)構(gòu)采用。（3）50％＜MC/M0≤80％時(shí)：這種情況，結(jié)構(gòu)中抗震墻數(shù)量較少，由框架體系承擔(dān)較大的地震作用。此時(shí)結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算分析仍按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行，但框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用，抗震墻部分的抗震等級(jí)和軸壓比按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用，結(jié)構(gòu)最大適用高度不宜再按框架-抗震墻的要求執(zhí)行，但可根據(jù)抗震墻承擔(dān)的地震傾覆力矩的大小，在框架結(jié)構(gòu)要求的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高。（4）MC/M0＞80％時(shí)：這種情況，結(jié)構(gòu)中抗震墻數(shù)量極少，為少墻框架結(jié)構(gòu)，仍屬于框架結(jié)構(gòu)范疇。此時(shí)框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用，結(jié)構(gòu)最大適用高度按框架結(jié)構(gòu)的要求執(zhí)行，但在進(jìn)行層間位移驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)規(guī)則性判斷時(shí)，應(yīng)采用框架-抗震墻結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算。這種結(jié)構(gòu)中抗震墻部分宜按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算結(jié)果確定抗震墻的配筋，而不能僅按抗震構(gòu)造要求確定其配筋。對(duì)于設(shè)置少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)，要求其框架部分的地震剪力值采用不計(jì)抗震墻的框架結(jié)構(gòu)模型和框架-抗震墻結(jié)構(gòu)模型二者計(jì)算結(jié)果的較大值。對(duì)于這種少墻框架結(jié)構(gòu)，由于其抗震性能較差，為避免抗震墻受力過(guò)大而過(guò)早破壞，因此在高震區(qū)不建議使用。當(dāng)不得不采用時(shí)，采用減薄墻厚、開(kāi)大結(jié)構(gòu)洞、開(kāi)豎縫等手段減小抗震墻所承受的剪力，同時(shí)宜增加墻體與邊框柱的連接，確?？拐饓ζ茐暮筘Q向荷載的有效傳遞。

三、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中框架部分的剪力調(diào)整

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗規(guī)）中6.2.13條第1款對(duì)框架－抗震墻、框架－核心筒結(jié)構(gòu)中框架部分承擔(dān)剪力的調(diào)整沿用了原規(guī)范的規(guī)定。當(dāng)框架-抗震墻、框架－核心筒結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的框架部分各層地震剪力的最大值小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的10％時(shí)，抗規(guī)6.7.1條第2款規(guī)定“任意一層框架結(jié)構(gòu)部分承擔(dān)的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的15％?！痹趯?shí)際工程中，部分設(shè)計(jì)人根據(jù)一些結(jié)構(gòu)分析程序上設(shè)定的選項(xiàng)，對(duì)框架柱的剪力調(diào)整設(shè)置了上限，如最多調(diào)整到計(jì)算剪力值的2.0倍，這種做法是不妥的，應(yīng)按實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整以滿(mǎn)足規(guī)范要求。

四、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中樓梯的計(jì)算

抗規(guī)第3.6.6條、第6.1.8條、第6.1.15條對(duì)樓梯的構(gòu)件的計(jì)算和構(gòu)造做出了原則性的規(guī)定。當(dāng)樓梯構(gòu)件位于框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中抗震墻筒體內(nèi)時(shí)，可允許按一般非抗震構(gòu)件設(shè)計(jì)，但樓梯板及平臺(tái)板宜采用雙層雙向配筋。

五、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)的墻體布置

框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻作為結(jié)構(gòu)體系第一道防線的主要抗側(cè)力構(gòu)件，其布置有一下兩種形式：一是抗震墻與框架分開(kāi)，抗震墻成筒，墻兩端無(wú)柱；另一種是抗震墻嵌入框架內(nèi)，有端柱、邊框梁，成為有邊框的抗震墻。第一種情況類(lèi)似抗震墻結(jié)構(gòu)中的墻體、筒體結(jié)構(gòu)中的核心筒。第二種情況中，如果梁寬大于墻厚，則每一層抗震墻有可能成為高寬比小的矮墻，在強(qiáng)震作用下發(fā)生剪切破壞，同時(shí)，抗震墻給柱端施加很大的剪力，使柱端剪壞，這對(duì)抗震防倒塌非常不利。因此，框架－抗震墻結(jié)構(gòu)中墻體的布置對(duì)于結(jié)構(gòu)整體抗震起到至關(guān)重要的作用。（1）框架-抗震墻結(jié)構(gòu)地上樓層的抗震墻的布置?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻是抗震抗風(fēng)的主要結(jié)構(gòu)，應(yīng)沿各主要軸線方向布置，在矩形、L型和槽型平面中，抗震墻應(yīng)沿兩個(gè)正交方向布置，并使兩個(gè)方向的自振周期比較接近?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)中抗震墻的布置原則是“均勻、分散、對(duì)稱(chēng)、周邊”。均勻、分散是要求抗震墻的片數(shù)多，每片的剛度不要太大，避免地震中個(gè)別抗震墻破壞后，剩下的墻無(wú)法承受全部地震力，從而變成局部損壞導(dǎo)致全局性的影響。對(duì)稱(chēng)、周邊布置是對(duì)高層建筑抵扭轉(zhuǎn)的要求，抗震墻剛度大，其位置對(duì)樓層平面剛度分布起決定性的作用，抗震墻對(duì)稱(chēng)布置，能基本保證建筑物的對(duì)稱(chēng)性，從而避免和減小建筑物受到的扭轉(zhuǎn)，另一方面，抗震墻沿建筑平面的周邊布置可以最大限度地加大抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。另外，抗震墻宜設(shè)置在墻面不需要開(kāi)大洞的位置；房屋較長(zhǎng)時(shí)，剛度較大的縱向抗震墻不宜設(shè)置在房屋的端開(kāi)間；抗震墻洞口宜上下對(duì)齊；洞邊距端柱不宜小于300mm。（2）框架-抗震墻結(jié)構(gòu)地下樓層的抗震墻的布置。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下室頂板時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同。地下一層墻肢端部如為由地上延伸下來(lái)時(shí)，應(yīng)當(dāng)與地上一層對(duì)應(yīng)處設(shè)置相同邊緣構(gòu)件。無(wú)論上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下室的什么部位，地下室位于嵌固部位以上的樓層，其抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，各項(xiàng)抗震措施均不應(yīng)降低，其抗震墻均應(yīng)按底部加強(qiáng)部位的要求設(shè)置邊緣構(gòu)件。

六、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)出墻面大梁的設(shè)計(jì)要求

抗側(cè)力的樓面大梁（不含次梁）與抗震墻平面外連接的情況主要出現(xiàn)在抗震墻與框架分開(kāi)布置的情況。試驗(yàn)表明，在往復(fù)荷載作用下，錨固在墻內(nèi)的梁的縱筋有可能產(chǎn)生滑移，與梁連接的墻面混凝土有可能脫落，根據(jù)抗規(guī)的新的要求，這個(gè)部分予以加強(qiáng)，按平面外受力的壓彎構(gòu)件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S] ．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

[2]JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

[3]毛燕．混凝土裂縫的成因及預(yù)防[J]．企業(yè)導(dǎo)報(bào)．2010（1）

[4]朱炳寅．對(duì)少量剪力墻框架結(jié)構(gòu)的理解與設(shè)計(jì)建議——新《抗規(guī)》學(xué)習(xí)體會(huì)[J]．建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)通訊．2011（1）：5～7

[5]陳肇元，錢(qián)稼茹．汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報(bào)告[R]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008