郭迎春

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002)

0 引言

混凝土材料在現(xiàn)有的國情背景下依然是一種最主要的建筑材料，而混凝土框架、剪力墻、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)又是最主要的結(jié)構(gòu)體系。在具體的設(shè)計(jì)過程中，如何界定框架、剪力墻及框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，配筋如何選擇、位移如何控制等，就顯得尤為重要。

1 概念定義

框架結(jié)構(gòu)，是由梁和柱為主要構(gòu)件組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)，是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)，是由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。

2 三種結(jié)構(gòu)體系的適用特點(diǎn)

2.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間，但其側(cè)移剛度較小，因此適用于需要較大空間的、層數(shù)不多、高度不太高的建筑，例如停車庫、車站、商場等，高層建筑不宜采用框架結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)縱橫雙向布置，形成雙向抗力體系。不應(yīng)布置單跨框架，單跨框架由兩根柱單根梁形成，一旦發(fā)生地震，尤其超設(shè)防烈度的大震情況下，兩根柱子中有一根破壞，將使整個(gè)建筑倒塌，后果是非常嚴(yán)重的。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度較大，但其不能提供大空間房屋，因此可以建造比框架更高的建筑，但其橫墻間距較小，不能獲得較大空間，所以常用于高層住宅中。剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)縱橫雙向均設(shè)置剪力墻。一般剪力墻布置在豎向荷載較大處、平面形狀變化處和樓電梯間處。剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則，間距不宜太密，側(cè)向剛度不宜過大。

2.3 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系恰好是對兩者取長補(bǔ)短，既能布置大空間房屋和小空間房屋，布置靈活，又具有較大的側(cè)向剛度。所以廣泛用于層數(shù)較多、房屋總高度較高的建筑，而且可以靈活布置大小空間，適用于較多的建筑功能要求，例如商住樓、賓館等?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻，形成雙向抗力體系，剪力墻應(yīng)按“均勻、分散、對稱、周邊”的原則布置。

3 三種結(jié)構(gòu)體系的適用高度

根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，三種結(jié)構(gòu)的最大適用高度見表1。

表1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度 m

房屋高度是指室外地面到主要屋面板頂?shù)母叨?不包括局部凸出屋頂部分)。

4 結(jié)構(gòu)體系側(cè)向變形的特點(diǎn)及變形控制

框架結(jié)構(gòu)在水平作用下側(cè)向變形為剪切型，上部小下部大，其形狀類似于豎向懸臂梁剪切變形產(chǎn)生的曲線。剪力墻結(jié)構(gòu)在水平作用下側(cè)向變形為彎曲型，上部大下部小，其形狀類似于豎向懸臂梁彎曲變形產(chǎn)生的曲線?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)在水平作用下側(cè)向變形為彎剪型。通過樓板將框架柱和剪力墻連接在一起，使二者變形協(xié)調(diào)一致。根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，三種結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值見表2。

5 三種結(jié)構(gòu)的相互關(guān)聯(lián)

由框架和剪力墻共同受力的結(jié)構(gòu)體系，框架和剪力墻在規(guī)定水平力作用下，結(jié)構(gòu)底層框架因部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的比值不同而有不同的要求。

表2 彈性層間位移角限值

1)框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%時(shí)，按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中框架部分應(yīng)按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。層間位移角按剪力墻結(jié)構(gòu)控制(1/1000)。例如，我們常設(shè)計(jì)的高層住宅中，門廳部分常設(shè)框架柱;高層商住樓中，住宅外圍有兩跨商業(yè)，為滿足建筑要求常設(shè)框架柱。

2)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10%但不大于50%時(shí)，按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。位移層間位移角按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)控制(1/800)。例如，我們常設(shè)計(jì)的高層公寓，常在電梯間及樓梯間設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻，形成典型的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

3)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)，按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中最大高度可比框架適當(dāng)增加，框架部分的抗震等級(jí)及軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。層間位移角按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)控制(1/800)。

4)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80%時(shí)，按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中最大高度宜按框架采用，框架部分的抗震等級(jí)及軸壓比限值應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。層間位移角可按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)控制(1/800)。如不能滿足，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能化分析和論證。我們在設(shè)計(jì)的多層框架中加入少量墻，層間位移角往往不能滿足1/800，是一種少墻結(jié)構(gòu)，層間位移角宜按插入法控制，取1/550和1/800的中間值1/652。此種結(jié)構(gòu)配筋時(shí)應(yīng)特別注意，應(yīng)取按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)及去掉剪力墻的框架結(jié)構(gòu)兩種模型的最大包絡(luò)值進(jìn)行配筋，以保證少墻結(jié)構(gòu)的安全性。

6 結(jié)語

目前，混凝土框架、剪力墻、框架—剪力墻在我國被廣泛應(yīng)用，合理的選擇結(jié)構(gòu)形式，對結(jié)構(gòu)墻柱合理布置，特別重要。從結(jié)構(gòu)安全角度出發(fā)，合理的結(jié)構(gòu)布置更安全，例如常見的質(zhì)心和剛心的偏置，增加了附加扭矩;剪力墻布置不合理造成整個(gè)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，這些都是不安全因素。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，如果結(jié)構(gòu)布置不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不合理，結(jié)構(gòu)配筋就要增大，給甲方造成浪費(fèi)，這樣的設(shè)計(jì)者，絕不是一個(gè)合格的結(jié)構(gòu)工程師。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問題的持力及算例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.