少墻框架—剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探討

丁 鋒

（新疆維吾爾自治區(qū)建筑設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

高層以及多層建筑對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的框架、剪力墻以及二者結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系在設(shè)計實踐中都存在一定的不足之處。例如框架結(jié)構(gòu)雖然在布置上有較高的靈活性，然而其結(jié)構(gòu)剛度以及抗側(cè)能力均難以滿足高層建筑的抗震要求，特別是當(dāng)采用了不規(guī)則柱網(wǎng)的設(shè)計時，其產(chǎn)生位移的概率增加，進一步影響了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而采用框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，雖然其剛度和抗側(cè)性能有所提高，具有更好的抗震性能，但是其受建筑空間的限制比較大，給建筑空間布局增加了困難，因此需要設(shè)計人員在充分了解各種結(jié)構(gòu)形式特點的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵守抗震設(shè)計規(guī)范，結(jié)合建筑工程的實際需要，靈活的運用少墻框剪等結(jié)構(gòu)體系，以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和科學(xué)性。

1 少墻框剪結(jié)構(gòu)體系特點分析

一般來說，當(dāng)受到水平荷載的影響時，普通框剪結(jié)構(gòu)體系會通過連梁與樓板之間的相互連接使剪力墻以及框架形成一個能夠協(xié)同作用的整體結(jié)構(gòu)，其變形曲線變化是一致的，同時，在剪力墻以及框架相互之間也有作用力存在，且作用力的方向以及大小會按照從上到下的規(guī)律發(fā)生一定的變化[1]。而剪力墻以及框架這二者實際各自的受力大小與其側(cè)向剛度比密切相關(guān)。通常框架結(jié)構(gòu)的具體剪力分配以及側(cè)向位移與其剛度值之間的關(guān)系特征值用來λ表示，因此，λ也就是剪力墻以及框架結(jié)構(gòu)之間的剛度比函數(shù)關(guān)系。

在少墻框架結(jié)構(gòu)中，通常λ值是一個接近6的較大數(shù)值。而側(cè)向位移曲線主要呈現(xiàn)的是一種剪切位移曲線形式，其更接近于純框架結(jié)構(gòu)，而非典型的框架結(jié)構(gòu)的彎剪位移曲線。這主要是由于在少墻框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，所設(shè)置的剪力墻數(shù)量比較少，剪力主要是由框架結(jié)構(gòu)來承擔(dān)，同時該結(jié)構(gòu)類型的特點是框架的最大剪力值位于其中下部，且頂部剪力值并不是0。

2 少墻框剪結(jié)構(gòu)體系的基本抗震設(shè)計規(guī)范

2.1 準(zhǔn)確判斷少墻框剪結(jié)構(gòu)形式

在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，設(shè)計人員首先要準(zhǔn)確判斷該建筑所采用的結(jié)構(gòu)體系是否屬于少墻框剪結(jié)構(gòu)。根據(jù)我國相關(guān)設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)體系中的底層框架部分在水平作用力的影響下，作用于框架結(jié)構(gòu)上的地震傾覆力矩值和該結(jié)構(gòu)地震傾覆總力矩值之比μ是判斷建筑結(jié)構(gòu)是否屬于少墻框剪結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)[2]。如果μ值在50%～80%范圍內(nèi)時，說明該結(jié)構(gòu)體系中的剪力墻數(shù)量比較少，應(yīng)將其判定為強框架類型的框剪結(jié)構(gòu)體系，而如果μ值超過了80%時，說明其屬于剪力墻數(shù)量比較少的少墻框架結(jié)構(gòu)體系。

2.2 合理確定框剪剪力

在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，如果采用的是少墻框架結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)的抗震設(shè)計規(guī)范來合理確定其部分剪力值。地震剪力值的確定應(yīng)根據(jù)框以及框架結(jié)構(gòu)模型來進行綜合性的計算分析，并取計算結(jié)果中的最大數(shù)值作為設(shè)計參數(shù)。

通常在發(fā)生水平地震時，抗震的第一道防線主要是框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻，其會在大中型地震中在框架結(jié)構(gòu)前遭到損壞。由于受塑性內(nèi)力的重分布因素的影響，側(cè)向剛度分配給框架部分的剪力會超過在小震情況下的剪力值。所以設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范中應(yīng)對框剪結(jié)構(gòu)采取二道防線的相關(guān)規(guī)定，在確定框架剪力時適當(dāng)調(diào)整0.2V0[3]。

3 少墻框剪結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計方法

在對少墻框剪結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)盡量采用規(guī)則簡單的平面布置方式來均勻的布置剪力墻的結(jié)構(gòu)平面，同時，在設(shè)計中采用雙向布置方式，沿橫縱主軸來進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，防止剪力墻平面在橫縱方向上產(chǎn)生剛度差異。此外，設(shè)計人員還應(yīng)充分結(jié)合建筑工程圖紙，盡量在電梯間或者樓梯間的周邊位置設(shè)置剪力墻。抗震設(shè)計的一個重點環(huán)節(jié)是要保證質(zhì)心應(yīng)與剛心保持一致，這樣才能防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形。

3.1 分析強框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法

在對框剪結(jié)構(gòu)中的強框架類型進行抗震設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格遵守框剪結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計規(guī)范。首先在確定框架部分的軸壓比限值以及抗震等級時，應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。如果建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計高度大于框架結(jié)構(gòu)適用高度的最大值時，設(shè)計人員應(yīng)將框架結(jié)構(gòu)適用高度的最大值作為確定框架抗震等級的參考依據(jù)[4]。而在確定剪力墻部分的抗震等級時，設(shè)計人員則應(yīng)采用框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

在強框架結(jié)構(gòu)類型的框剪結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，其適用高度的最大值的可以在框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)?shù)脑黾诱{(diào)整，而增加的幅度則應(yīng)通過差值方法根據(jù)地震傾覆力對框架部分的實際影響來計算。如果地震傾覆力總力矩中的一半以上都作用于框架部分時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求來確定其適用高度的最大值；如果作用于框架部分的地震傾覆力小于其總力矩的50%，則可以直接根據(jù)插值來進行設(shè)計。此外，設(shè)計人員還應(yīng)嚴(yán)格按照框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求來確定該結(jié)構(gòu)的防震縫的寬度值。

3.2 分析少墻框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法

在對少墻框架結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確定其適用高度的最大值。要注意的是，在設(shè)計中以純框架模型為基礎(chǔ)來計算其彈性層之間的位移角時，如果位移角大于了設(shè)計規(guī)范中的1/550這一極值，則應(yīng)適當(dāng)降低其適用高度的最大值。同時，設(shè)計人員也應(yīng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的抗震要求來確定該結(jié)構(gòu)的防震縫寬度值。此外，在對位移角進行驗算的過程中，設(shè)計人員應(yīng)以剪力墻協(xié)同框架工作所形成的框剪結(jié)構(gòu)模型來進行計算分析，而為了提高該結(jié)構(gòu)的抗震安全，在確定層間位移角時，應(yīng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)來確定其極值。

在少墻框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，設(shè)計人員可以根據(jù)工程實際情況參考包絡(luò)設(shè)計等方法來確定其框架部分所分配的地震剪力，而在對該結(jié)構(gòu)進行計算分析時則應(yīng)根據(jù)框剪結(jié)構(gòu)或者純框剪結(jié)構(gòu)來進行設(shè)計，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定來確定框架部分的軸壓比極值以及抗震等級等參數(shù)，并應(yīng)以純框架模型來驗算層間在大地震條件下的塑彈性位移角，還應(yīng)根據(jù)框剪結(jié)構(gòu)的抗震要求來確定剪力墻的抗震等級，從而確保該結(jié)構(gòu)具備對大震的抗震能力。另外，在剪力墻的配筋設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)分別按照剪力墻在不超筋、抗彎超筋以及抗剪超筋的不同情況來分別進行計算分析，并合理地設(shè)定布筋方式及配筋率。

4 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代建筑的抗震要求，因此，需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念以及結(jié)構(gòu)形式進行創(chuàng)新。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，設(shè)計人員應(yīng)充分了解各種結(jié)構(gòu)體系的特點，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合建筑工程的實際抗震要求，嚴(yán)格遵守相關(guān)的抗震設(shè)計規(guī)范，靈活地運用少墻框剪等各種結(jié)構(gòu)形式，提高結(jié)構(gòu)布局的合理性，提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度以及抗側(cè)能力，增強建筑工程的整體抗震性能。