框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻的合理布置淺析

【摘 要】框架-剪力墻結(jié)構(gòu)也稱(chēng)框剪結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)縱、橫方向的適當(dāng)位置，在柱與柱之間布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土墻體（剪力墻）而成。框剪結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，吸取了各自的長(zhǎng)處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側(cè)力性能。結(jié)構(gòu)中的剪力墻可以單獨(dú)設(shè)置，也可以利用電梯井、樓梯間、管道井等墻體。各自?xún)?yōu)點(diǎn)的發(fā)揮，使得框剪結(jié)構(gòu)造價(jià)僅高于框架結(jié)構(gòu)，又比剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)。因此，這種結(jié)構(gòu)已被廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)房屋建筑。但同時(shí)也必須看到：框剪結(jié)構(gòu)中的框架往往只承受并傳遞豎向荷載，水平荷載及地震作用主要由剪力墻承擔(dān)，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注重結(jié)構(gòu)布置中的框架和剪力墻的布置比例，以及剪力墻的布置位置，使得結(jié)構(gòu)達(dá)到最合理狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】框剪結(jié)構(gòu)；剪力墻；合理布置；分析

一、框剪結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

眾所周知，框架結(jié)構(gòu)的變形是剪切型，上部層間相對(duì)變形小，下部層間相對(duì)變形大。剪力墻結(jié)構(gòu)的變形為彎曲型，上部層間相對(duì)變形大，下部層間相對(duì)變形小。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)，由于兩種結(jié)構(gòu)協(xié)同工作變形協(xié)調(diào)，形成了彎剪變形，使得整體結(jié)構(gòu)的層間變形在下部小于純框架，在上部小于純剪力墻，即減小了結(jié)構(gòu)的層間相對(duì)位移比和頂點(diǎn)位移比，使整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到了提高。

在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻因?yàn)槠矫鎯?nèi)側(cè)向剛度比框架的側(cè)向剛度大得多，在水平荷載及地震作用下，一般情況約80%作用力由剪力墻來(lái)承擔(dān)?？蚣芎图袅νㄟ^(guò)水平剛度較大的樓蓋協(xié)同工作，在水平作用下呈彎剪型位移曲線(xiàn)，層間變形趨于均勻，比純框架結(jié)構(gòu)側(cè)移小，非結(jié)構(gòu)性破壞輕，其中剪力墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件，框架起到二級(jí)防線(xiàn)作用，比剪力墻體系延性好，布置靈活，因此，框剪結(jié)構(gòu)是一種抗剪性能較好的結(jié)構(gòu)體系。

二、工程實(shí)例

1、本文所選取工程實(shí)例概況

本建筑使用功能定位為辦公樓，工程位于新疆喀什某工業(yè)園區(qū)，主體四層，層高4.20m，頂層4.30m，設(shè)三處樓梯；所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.3g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，特征周期為0.45s，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，場(chǎng)地土的類(lèi)型為中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地類(lèi)別為II類(lèi)。

2、結(jié)構(gòu)選型

因是多層，初擬定為框架結(jié)構(gòu)，在計(jì)算水平地震作用時(shí)，設(shè)防要求為所說(shuō)的“八度半”，水平地震作用較大，框架最大跨度為9.00m，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算水平位移不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，調(diào)整柱截面太大，造價(jià)提高而且影響使用，所以改為框剪結(jié)構(gòu)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）（下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗規(guī)》）第6.1.2條，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)框架為三級(jí)，剪力墻為二級(jí)。柱網(wǎng)及剪力墻布置見(jiàn)下圖1。

樓梯間部位設(shè)置剪力墻，x方向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，端部設(shè)置剪力墻，因建筑構(gòu)件及功能分布等原因，剪力墻設(shè)置不完全對(duì)稱(chēng)，但基本滿(mǎn)足了剪力墻的布置位置“均勻、分散、周邊”的布置原則。

3、計(jì)算結(jié)果

1）傾覆彎矩?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》）第8.1.3條規(guī)定：框剪結(jié)構(gòu)中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%但不大于80%時(shí)（大于80%時(shí)），框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比限值宜（應(yīng)）按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。說(shuō)明了框剪結(jié)構(gòu)體系中剪力墻承受主要水平荷載，框架以承擔(dān)豎向荷載為主，若框架部分承受了大于50%的總傾覆力矩，證明剪力墻布置的數(shù)量較少，不能滿(mǎn)足作為框剪結(jié)構(gòu)對(duì)剪力墻作用的要求。本工程的傾覆力矩受力比例見(jiàn)下表1。

表1

規(guī)定水平力框架柱地震傾覆力矩百分比（抗規(guī)）

層號(hào)塔號(hào)框架柱

4

1

X 31.73%

Y 16.77%

3

1

X 24.50%

Y 14.44%

2

1

X 20.21%

Y 12.34%

1

1

X 17.99%

Y 11.15%

框架部分承受的傾覆力矩均小于50%（但大于10%），證明本結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量布置的比較合理，滿(mǎn)足了框剪結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻共同作用的要求。

2）周期、地震力與振型輸出文件。《高規(guī)》第3.4.5條規(guī)定：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A及高度不應(yīng)大于0.9。本結(jié)構(gòu)計(jì)算中各自振周期見(jiàn)下表2。

表2

振型號(hào)周 期轉(zhuǎn) 角平動(dòng)系數(shù) （X+Y）扭轉(zhuǎn)系數(shù)

10.39880.291.00 （ 1.00+0.00 ）0.00

20.360290.130.99 （ 0.00+0.99 ）0.01

30.2963115.050.01 （ 0.00+0.01 ）0.99

Tt=0.2963與T1=0.3988的比值約為0.743，滿(mǎn)足要求。

3）根據(jù)《抗規(guī)》第5.2.5條規(guī)定（剪重比要求）：樓層最小地震剪力系數(shù)值λ在8