對框架中設置少量剪力墻的結構體系的探討

程海艷+程其芬

摘 要】根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》和《建筑抗震設計規(guī)范》，對布置少量剪力墻的框架-剪力墻結構在設計時采用不同的結構體系分析進行探討，以確定結構計算中選取合適的結構體系。

【關鍵詞】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

近年來在結構設計中會碰到一些高層建筑，由于功能要求不好布置剪力墻，不能采用框架-剪力墻結構體系。當采用框架結構體系時，雖能滿足《高層建筑混凝土結構技術規(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，但計算結果中位移和周期比無法滿足規(guī)范要求，在框架結構體系中增加少量的剪力墻才能使計算滿足規(guī)范要求。那就會有如下幾個問題：（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算框架結構還是框架-剪力墻結構？（3）在進行計算時，程序中的結構體系信息是選擇框架結構還是框架-剪力墻結構？

2.《建筑抗震設計規(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力設計值做了調整，有目的的增大柱的內力，體現“強柱弱梁”的設計概念?！唉莄——框架柱端彎矩增大系數；對框架結構，一、二、三、四級可分別為1.7、1.5、1.3、1.2；其他結構類型中的框架，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；對框架結構，一、二、三、四級可分別取1.5、1.3、1.2、1.1；對其他結構類型的框架，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和柱剪力增大系數不僅與結構的抗震等級有關，還與其結構體系有關；框架結構的計算及構造措施更高于框架-剪力墻結構，故在對高層建筑進行結構設計之前，必須先判定其結構體系，本文僅針對在框架中設置少量剪力墻的結構體系進行探討

（1）《高規(guī)》第8.1.3條明確了抗震設計的框架-剪力墻結構，應根據在規(guī)定水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總傾覆力矩的比值來確定相應的計算方法。當在規(guī)定的水平力作用下框架部分承擔的傾覆力矩大于結構總傾覆力矩的50%但不大于80%時，意味著剪力墻的數量偏少，按框架-剪力墻結構設計，最大適用高度可比框架結構適當增加，框架部分抗震等級和軸壓比均宜按框架結構規(guī)定采用；當框架承擔的傾覆力矩大于結構總傾覆力矩的80%時，意味著結構中剪力墻的數量極少，按框架-剪力墻結構設計，最大適用高度應按框架結構采用，框架部分抗震等級和軸壓比均應按框架結構規(guī)定采用。

（2）框架結構設置少量剪力墻的結構體系以框架結構作為受力主體，通過增加適量的剪力墻數量，對框架結構的受力性能和結構指標進行調節(jié)和改善以滿足規(guī)范的要求。

（3）以某大樓為例，抗震設防烈度6度，場地類別為Ⅲ類，地上15層，地下1層，結構嵌固在地下室頂板，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，室內外高差為0.45m，房屋結構計算高度為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，此結構可采用框架結構體系，但經計算，其結構位移及周期指標不滿足《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，計算后發(fā)現，在規(guī)定水平力作用下，底層框架部分所承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的80%，意味著該結構的剪力墻數量極少。

（4）按《高規(guī)》第8.1.3.4條的要求，該結構應按框架剪力墻進行設計，抗震等級及軸壓比控制按框架結構控制。

（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：當設置少量抗震墻的框架結構，在規(guī)定的水平力作用下，底層框架部分所承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50％時，其框架的抗震等級應按框架結構確定，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)定可以從以下幾個方面理解： 關于框架和抗震墻組成的結構的抗震等級。設計中有三種情況：其一，個別或少量框架，此時結構屬于剪力墻結構體系的范疇，其剪力墻的抗震等級，仍按剪力墻結構確定；框架的抗震等級可參照框架-剪力墻結構的框架確定。其二，當框架-抗震墻結構有足夠的抗震墻時，其框架部分是次要抗側力構件，按本規(guī)范表6．1．2框架-抗震墻結構確定抗震等級；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構總地震傾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等級應按框架結構確定。

（7）《抗規(guī)》明確了底層框架部分所承擔的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50％時仍屬于框架結構范疇。

（8）按多道抗震防線的概念設計要求，框架-剪力墻結構，墻體是第一道防線，對于這種少墻框架結構，剪力墻抗震性能較差，剪力墻受力過大，易過早破壞，當剪力墻出現裂縫而剛度退化后，引起框架和剪力墻之間的塑性內力重分布，使框架成為主要的抗側力構件，此時雖然整體剛度減小，所吸收的地震能量也減少，但框架部分承擔的地震作用反而有可能增大，故筆者認為，這種少墻框架應同《抗規(guī)》的規(guī)定按框架結構進行設計，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按框架結構的規(guī)定采用?！钡谀Ｐ陀嬎銜r選用了框架結構和框架-剪力墻結構其計算結果是不一樣的，如前所述的內力調整，柱子的最小配筋率等，為滿足“小震不壞，大震不倒”的抗震設防目標，應選用對結構有利的結構形式進行設計。

3. 結語

框架中布置少量剪力墻的框架剪力墻結構屬于一種特殊的結構體系，在設計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，給我們的結構設計帶來了很多的疑惑，又因為這種少墻框架結構抗震性能差，所以在進行結構設計的時候，當一定要采用此種結構體系時，一定要認真對待，仔細分析，按框架結構及框架-剪力墻結構均進行計算比較，合理設計。

同時設計中應盡量采用概念清晰，體系明確的框架-剪力墻結構形式，以使結構更安全合理，經濟適用。

參考文獻

［1］ JGJ3-2010高層建筑混凝土結構技術規(guī)程［S］．

［2］ GB50011-2010建筑抗震設計規(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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