摘要:隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，框架-剪力墻結構結構體系在高層建筑中越來越得到廣泛運用。如何合理地確定框架-剪力墻結構中的剪力墻的布置和數(shù)量問題一直是國內(nèi)外學者研究的課題。剪力墻設置的位置和多少直接影響到了結構的抗震性能和經(jīng)濟效益。本文通過具體工程實例對某框架-剪力墻進行了的分析研究，給出了有益的結論。

關鍵詞:框架 剪力墻 抗震

0 引言

隨著社會的發(fā)展，框架與剪力墻結構體系在高層建筑中越來越被廣泛采用。而在同一結構中同時使用框架和剪力墻兩種結構體系，把兩者結合起來共同承受豎向和水平荷載，不僅大大減少了結構本身的側移，而且有效提高了結構的抗震能力。研究結果表明地震作用下，框-剪結構中的剪力墻，幾乎承擔了總水平地震作用的80%以上，所有框架所承擔的水平地震作用之和不到總值的20%，由此看出框剪結構中的剪力墻在抗震方面起著主導作用，如何合理地確定框架-剪力墻結構中的剪力墻的布置和數(shù)量問題一直是國內(nèi)外學者研究的課題，其設置的位置和多少直接影響到了結構的抗震性能和經(jīng)濟效益。

1 工程概況

某商務辦公樓，工程主樓地下一層，地上十層，局部為七層，總建面積為40600m2，其中地下建筑面積為5400m2，地上建筑面積為35200m2，建筑基底面積為3500m2，建筑高度為41.15m，總長度81.6m，寬度56.2m，室內(nèi)外高差為0.60m。該項目設計合理使用年限50年。工程結構形式選用框架-剪力墻結構體系，采用樁基礎。商務辦公樓抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第一組。建筑結構的安全等級為二級，建筑抗震設防類別為丙類，地基基礎設計等級為乙級，建筑樁基設計等級為乙級，地下室防水等級二級，剪力墻的抗震等級為二級，按8度區(qū)、一級抗震等級采取抗震構造措施;框架梁柱的抗震等級為三級，按8度區(qū)、二級抗震等級采取抗震構造措施。地下室部分的框架梁、墻柱的抗震等級為三級。該工程主樓一到七層主體為方形建筑，所有剪力墻沿墻頂通長設置暗梁。其中，車庫地下室外墻頂增設暗梁，墻水平分布筋在暗梁范圍內(nèi)照設。本工程所有與墻垂直的梁(梁長L≥4m)下混凝土墻內(nèi)未設邊緣構件的均設暗柱。地下室外墻水平施工縫留在基礎頂300mm處，縫內(nèi)設遇水膨脹膠條。

2 工程抗震設計

2.1 基礎設計

根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件，設計采用預應力混凝土管樁+柱下獨立承臺基礎。樁基選型依據(jù)《預應力混凝土管樁》03SG409中選取，其制作、運輸、施工按國家規(guī)范和該圖集的要求進行。本工程基坑較深、面積較大，地下室基礎底板與混凝土外墻一次整體澆筑至底板面以上300mm，并按要求設置水平施工縫。工程±0.000及以下均采用摻加SY-G 型高性能膨脹抗裂劑的補償收縮混凝土，其限制膨脹率及各項指標符合《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》的有關要求。

2.2 主體結構設計

梁截面尺寸設計從250 mm×300mm到400mm×1200mm不等，柱截面尺寸設計從600mm×600mm～900mm×900mm不等。梁主筋配筋率不小于0.6%，上部主筋70%沿梁全長貫通，下部主筋全部直通到柱內(nèi)或墻內(nèi)，箍筋在梁全長上都進行了加密，梁端配筋設計應確保梁柱節(jié)點強剪弱彎的受力特性;框架柱按三級抗震等級采取構造措，框架柱的軸壓比控制在0.85以內(nèi)，符合規(guī)范要求;柱全部縱向鋼筋配筋率不小于1.0%，間距不大于200mm，箍筋沿柱全高進行加密，體積配箍率不小于0.6%，實現(xiàn)強柱弱梁、強剪弱彎的抗震設計要求，使柱具有一定延性;剪力墻布置本工程主要集中在電梯、樓梯間。在進行剪力墻的布置時充分考慮了結構抗側力的薄弱環(huán)節(jié)，有效的提高了結構整體的抗側剛度。

2.3 結構抗震分析

本文采用ANSYS大型通用有限元分析軟件對該框架-剪力墻結構進行了有限元建模和整體抗震計算分析。計算模型混凝土的彈性模量Ec=3.0×104N/mm2，泊松比μc=0.2，密度γc=2250kg/m3。鋼筋的彈性模量Ec=2.0×105N/mm2，泊松比μs=0.25，密度γs=7800

kg/m3。本文ANSYS有限元分析模型中鋼筋與混凝土采用分離式模型，混凝土單元采用八節(jié)點實體單元(SOLID65)，混凝土結構中的鋼筋采用桿單元(LINK8)，鋼筋與混凝土之間的粘結采用非線性彈簧單元(COMBIN39)。計算結果如下:

2.3.1 結構周期與基底剪力

在地震作用下該框架-剪力墻結構的前六階振型周期分別為1.40s、1.38s、1.23s、0.47s、0.43s、0.41s。X方向前六階振型作用下的基底剪力分別為:7201kN、8470kN、3070kN、259kN、3130kN、3131kN;Y方向前六階振型作用下的基底剪力分別為:4875kN、9643kN、3909kN、7.85kN、52.37kN、5.03kN。

從計算結果可以看出，結構以X向平動為主的第一自振周期為1.40s，以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期為0.43s，其比值為0.33 小于0.85，結構抗扭剛度滿足規(guī)范要求。分析各振型計算結果，各振型在地震總反應中的貢獻隨著其頻率的增加迅速減小，頻率低的前三個振型控制了結構的最大地震反應。

2.3.2 結構變形分析

地震作用下該框架-剪力墻結構層間位移角X、Y方向最大值分別為1/938和1/879，樓層層間最大層間位移X、Y方向分別為36.2mm和34.1mm，符合規(guī)范要求。

2.3.3 剪力墻設置分析

本工程在進行設計施工時，充分考慮了框架-剪力墻結構的優(yōu)點，將兩者巧妙結合起來，剪力墻設置應滿足:剪力墻應設置在豎向荷載較大處;剪力墻應設置在平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處;剪力墻應設置在樓梯間、電梯間以及樓板較大洞口的兩側;縱、橫剪力墻最好能連接成T形、L形和口字形。

通過對該框架-剪力墻結構抗震分析，計算結果數(shù)據(jù)表明框架-剪力墻結構在水平力作用下，水平位移由層間位移角來控制，而不是由頂點水平位移來控制，最大層間位移一般發(fā)生在建筑物的中部范圍內(nèi)。地震作用下，框架-剪力墻結構體系中剪力墻承擔了大部分的水平力，充分體現(xiàn)了框架-剪力墻結構中剪力墻抗震的優(yōu)勢，也說明剪力墻在整個結構的抗震中起著非常重要的作用。

3 結語

框架-剪力墻結構中，框架與剪力墻起到了很好的互補的作用，對于抗震要求較高的地區(qū)是一種非常合適的結構形式。框架-剪力墻結構設計的合理與否，會直接影響到建筑物的安全使用與技術經(jīng)濟指標的高低。本文結合實例工程，遵循“均勻、分散、對稱、周邊”的原則，對剪力墻數(shù)目進行了合理的確定，計算結果和實際工程建設驗證了該工程抗震設計的的合理和可行性，實現(xiàn)了較好的社會經(jīng)濟效益。

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