導(dǎo)語(yǔ)：多層建筑少量剪力墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：框架結(jié)構(gòu)是公共建筑常采用的結(jié)構(gòu)形式，在高烈度地區(qū)往往因剛度不足導(dǎo)致層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比難以滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)結(jié)合某綜合商場(chǎng)模型，在角部設(shè)置少量剪力墻形成少墻框架結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)純框架結(jié)構(gòu)的不足。同時(shí)，結(jié)合以往學(xué)者闡述的少墻框架的設(shè)計(jì)原則，通過(guò)對(duì)比純框架體系和少墻框架的抗震性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，探究其工程應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：少墻框架；高烈度；設(shè)計(jì)原則；抗震指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

１概述

目前在建的住宅、辦公樓、宿舍、學(xué)校教學(xué)樓、大型綜合體等建筑物中，大多采用多層框架結(jié)構(gòu)體系。在抗震設(shè)防烈度為６度地區(qū)的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)主要由軸壓比決定，而在７度（Ⅲ類場(chǎng)地）或８度地區(qū)主要是由層間位移角控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足位移角要求只有提高材料強(qiáng)度，加大梁柱截面尺寸，而過(guò)大的梁柱截面尺寸除給建筑使用帶來(lái)不便，更直接的是“高梁寬柱”給建設(shè)單位造成設(shè)計(jì)保守、浪費(fèi)的印象，甚至對(duì)設(shè)計(jì)單位的聲譽(yù)和后續(xù)項(xiàng)目的合作也造成了一定的影響。剪力墻構(gòu)件本身側(cè)向剛度較大，能有效抵抗結(jié)構(gòu)水平力，在水平力作用下側(cè)向變形很小。高烈度的框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量的剪力墻，組成少墻框架結(jié)構(gòu)，在純框架結(jié)構(gòu)體系無(wú)法滿足規(guī)范對(duì)位移控制要求時(shí)，充分發(fā)揮剪力墻的側(cè)向剛度，減少水平位移，改善框架的抗扭轉(zhuǎn)性能，從而在不加大梁柱截面尺寸情況下滿足規(guī)范要求，也符合建設(shè)單位經(jīng)濟(jì)、安全的設(shè)計(jì)需求；但是，目前對(duì)于少墻框架的設(shè)計(jì)原則并在少墻框架設(shè)計(jì)中，層間位移角的限值未有明確規(guī)定，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ＧＢ５００１１—２０１０）》６.１.３條條文說(shuō)明提出：框架結(jié)構(gòu)布置的少量剪力墻需按框架部分承擔(dān)傾覆力矩的多少來(lái)確定層間位移角限值，其限值按框架的１／５５０和框架－剪力墻的１／８００兩者之間偏于安全內(nèi)插［１］。有學(xué)者經(jīng)過(guò)模型分析發(fā)現(xiàn)，底層剪力墻部分承擔(dān)的地震傾覆力矩隨墻肢的增長(zhǎng)而增大，相應(yīng)層間位移角雖減小但是減小幅度并不明顯，按線性內(nèi)插來(lái)分級(jí)控制層間位移角很難滿足［２］。同時(shí)朱炳寅提出，少墻框架的層間位移角仍可按１／５５０限制［３］，而此限值也對(duì)剪力墻的數(shù)量也做出了新的要求。剪力墻和框架存在協(xié)同作用，剪力墻布置過(guò)多會(huì)使其承擔(dān)更大的地震抗傾覆力矩，往往會(huì)造成剪力墻超筋，如果按框架－剪力墻進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，會(huì)使少量的剪力墻承擔(dān)第一道抗震防線的任務(wù)［３?４］。程熙等人［５］提出，可以允許剪力墻出現(xiàn)一定的開(kāi)裂，隨層間位移角的增加，其抗側(cè)剛度出現(xiàn)一定的退化，各樓層的最大層間位移角限值仍應(yīng)滿足框架結(jié)構(gòu)的最小限值，并因此判斷少墻框架結(jié)構(gòu)體系仍屬于框架結(jié)構(gòu)體系。結(jié)合以往學(xué)者的工程實(shí)例研究［６?８］，少墻框架可以有效減小結(jié)構(gòu)側(cè)向位移，提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能。楊樹(shù)標(biāo)等人［９］認(rèn)為多層框架結(jié)構(gòu)體系的破壞主要是由其中的框架部分引起的，通過(guò)分析不同地震程度下結(jié)構(gòu)層間位移角以及塑性鉸的變化情況，發(fā)現(xiàn)少墻框架體系的抗震效果明顯優(yōu)于純框架結(jié)構(gòu)體系。本文通過(guò)對(duì)已有研究的理解與分析，結(jié)合工程實(shí)例來(lái)探討少墻框架結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

２少墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

２．１剪力墻布置的數(shù)量和肢長(zhǎng)

剪力墻沿建筑物的全高設(shè)置，否則會(huì)引起建筑豎向的剛度突變。在反復(fù)的試算過(guò)程中要把握住“少數(shù)”的定義，若剪力墻布置太少，則難以發(fā)揮剪力墻的結(jié)構(gòu)特性，沒(méi)有達(dá)到設(shè)置剪力墻的目的；若布置太多，則違背了少墻框架設(shè)置的初衷，結(jié)構(gòu)體系不夠明確。為了使少量剪力墻不處于“第一道防線”地位，需對(duì)其抗傾覆力矩占比作出要求，本文以高規(guī)［１０］８.１.３規(guī)定的框架承受大于８０％地震傾覆彎矩作為少墻標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于剪力墻肢長(zhǎng)要求，有學(xué)者［６?７］考慮剪力墻設(shè)置過(guò)長(zhǎng)會(huì)使剪力墻部分吸收的地震能量過(guò)多，均將剪力墻設(shè)為短肢剪力墻。但是短肢剪力墻存在反彎點(diǎn)，會(huì)減弱在框架中對(duì)層間位移角的控制。本文考慮到布?jí)ξ恢檬褂霉δ懿蛔鲋L(zhǎng)要求。

２．２剪力墻布置位置

框架結(jié)構(gòu)多用于公建，如果將剪力墻布置在結(jié)構(gòu)中部，往往難以選擇合理落點(diǎn)，同時(shí)剪力墻布置在結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)增加內(nèi)部剛度而不利于抗扭。有學(xué)者經(jīng)驗(yàn)證提出，中部布置少量剪力墻可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng)產(chǎn)生不利影響［７］。框架結(jié)構(gòu)側(cè)向位移最大的部位均出現(xiàn)在角部，且考慮到加強(qiáng)外圍結(jié)構(gòu)剛度、弱化內(nèi)部剛度利于周期比的調(diào)控，本文將剪力墻布置在框架角部，形成帶邊框剪力墻，并在兩主軸方向雙向布置。此時(shí)剪力墻構(gòu)造上要考慮與周邊構(gòu)件的連接，便于其損壞后修補(bǔ)。

２．３剪力墻的配筋

對(duì)于框架抗傾覆力矩占比大于８０％的少墻框架，框架的抗震等級(jí)按純框架結(jié)構(gòu)確定；剪力墻抗震等級(jí)可與其框架部分抗震等級(jí)相同。朱炳寅提出，將結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行純框架結(jié)構(gòu)和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，取兩者較大值進(jìn)行框架部分的配筋，即包絡(luò)設(shè)計(jì)，剪力墻不考慮計(jì)算結(jié)果，按構(gòu)造配筋設(shè)計(jì)［３］。此做法考慮了框架－剪力墻的協(xié)同作用，也兼顧了少量剪力墻是用于調(diào)節(jié)位移角的本質(zhì)。也有學(xué)者提出，先對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算（按純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算），使承載力滿足要求而位移角不做控制，獲得框架的截面和配筋，而后布置剪力墻控制位移角，配筋按構(gòu)造配筋設(shè)置［１２］。這一設(shè)計(jì)做法將框架和剪力墻完全分割，充分體現(xiàn)了剪力墻取用只是用于提高結(jié)構(gòu)整體剛度、控制層間位移角，不起“第一防線”作用。同時(shí)，這兩種配筋設(shè)計(jì)中，剪力墻的做法均會(huì)使結(jié)構(gòu)的剪力墻部分在罕遇地震作用時(shí)退出工作。本文選取前者做法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，建立了三種類型框架結(jié)構(gòu)體系：①框架結(jié)構(gòu)１（純框架體系）、②少墻框架、③框架結(jié)構(gòu)２（將少墻框架中的剪力墻刪除，并將墻體自重以線荷載形式加到框架結(jié)構(gòu)上），并對(duì)①②結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行抗震指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比分析，③用于驗(yàn)證大震下②結(jié)構(gòu)的彈塑性位移角限值以及小震時(shí)框架包絡(luò)設(shè)計(jì)的配筋驗(yàn)算。

３工程概況

本工程為一綜合商場(chǎng)，商場(chǎng)由４個(gè)單體組成，單體尺寸１５４ｍ×１３０ｍ。地下１層，層高５.１ｍ；地上４層，首層層高５.７ｍ，２～４層層高５.２ｍ，大部分柱網(wǎng)間距為９ｍ×１０ｍ。本工程抗震設(shè)防烈度為７度（０.１５ｇ），乙類建筑，場(chǎng)地類別為Ⅲ類場(chǎng)地，地面粗糙度為Ｂ類，基本風(fēng)壓為０.４５ｋＮ／ｍ２。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)了抗震縫，本文以抗震縫左側(cè)單體為例?？蚣芎图袅Φ目拐鸬燃?jí)均為二級(jí)，結(jié)構(gòu)分析時(shí)，先建立純框架結(jié)構(gòu)體系作為基礎(chǔ)模型，保證其梁柱滿足承載力要求，層間位移角暫不作控制，而后作如下處理：１）在基礎(chǔ)模型上加大梁柱截面使其位移角滿足規(guī)范要求，并取得截面和配筋，構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)１。２）在基礎(chǔ)模型上布置剪力墻控制層間位移角，將結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行純框架結(jié)構(gòu)和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，配筋按包絡(luò)設(shè)計(jì)確定，構(gòu)成少墻框架。３）將構(gòu)成的少墻框架體系中的剪力墻以線荷載形式施加于梁柱上，以確定其大震下的位移角，構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)２。最終的剪力墻配筋均按構(gòu)造配置。剪力墻均布置在各區(qū)域角部，墻厚?。玻埃埃恚恚叵驂﹂L(zhǎng)１４００ｍｍ，Ｙ向墻長(zhǎng)１５５０ｍｍ，墻體布置見(jiàn)圖１。

４計(jì)算分析

采用ＹＪＫ建模分析，模型具體信息見(jiàn)表１。由表１可知，少墻框架結(jié)構(gòu)的梁柱截面小于純框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸，基本滿足建筑專業(yè)對(duì)建筑物室內(nèi)空間的使用要求。少墻框架模型中框架的Ｘ、Ｙ向所占地震傾覆力矩分別為８１.９％和８０.７％，均大于８０％，滿足本文少墻標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)基礎(chǔ)模型和少墻框架對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)少量剪力墻的設(shè)置有效減小了結(jié)構(gòu)的層間位移角，滿足了１／５５０的限值要求，見(jiàn)表２。同時(shí)，在框架結(jié)構(gòu)１和少墻框架的層間位移角相差很小的情況下，少墻框架的周期比降低明顯，充分發(fā)揮了其抗扭轉(zhuǎn)性能，進(jìn)一步說(shuō)明本文少量剪力墻的布置具有一定的合理性。通過(guò)對(duì)大震下框架結(jié)構(gòu)２的計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)其Ｘ、Ｙ向的層間位移角均不大于１／５０，這符合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中少墻框架的位移控制原則。本文只對(duì)梁、柱、墻的的材料用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與框架結(jié)構(gòu)１相比，少墻框架的材料造價(jià)只增加１.０％，經(jīng)濟(jì)上并未造成浪費(fèi)。

５結(jié)語(yǔ)

１）通過(guò)某高烈度地區(qū)綜合商場(chǎng)的實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，在純框架結(jié)構(gòu)難以滿足層間位移角的限值時(shí)，少墻框架結(jié)構(gòu)可以有效解決限值要求，并避免了“肥梁胖柱”的出現(xiàn)，較小的梁柱截面更符合建筑對(duì)空間功能的使用要求。２）通過(guò)框架的抗傾覆力矩比不大于８０％控制剪力墻的布置數(shù)量，當(dāng)剪力墻在角部均勻布置時(shí)，少墻框架結(jié)構(gòu)可以展現(xiàn)比純框架結(jié)構(gòu)更有效的抗扭性能。３）在控制位移比相近的情況下，相較于純框架結(jié)構(gòu)，少墻框架的設(shè)置并未在經(jīng)濟(jì)上造成浪費(fèi)。

作者：魏鑒棟 張廣博 單位：漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司