薛鳳飛

摘 要：因純框架體系無法滿足彈性層間位移角的要求，需布置極少量的剪力墻，體系為比較特殊的框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計時需要從結(jié)構(gòu)抗震概念出發(fā)，理解規(guī)范隱含的要義，加強計算手段，注重細節(jié)處理，從而能夠達到安全、合理的設(shè)計目標。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；少量剪力墻；彈性層間位移角

引 言

對于少數(shù)體型相對特殊的框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)試算不能滿足構(gòu)彈性層間位移角的要求，通過調(diào)整梁柱截面或構(gòu)件布置也不易實現(xiàn)對體系位移的改善。在合適的部位設(shè)置極少量的剪力墻，則比較容易實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)位移的控制目標。但鑒于如此設(shè)計所形成的特殊的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)行規(guī)范沒有明確的系統(tǒng)的論述，故需要謹慎、細心的進行。

1 工程實例

1.1 工程概況

揚州市體育運動學(xué)校位于揚州市西區(qū)（抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為7度，基0.15g，第一組，場地類別為Ⅱ類），其中D區(qū)中長跑基地建筑面積6400m2，六層框架結(jié)構(gòu)，總高度23.50m。建筑平面呈兩塊矩形45°斜交，經(jīng)設(shè)縫將結(jié)構(gòu)劃分為2個結(jié)構(gòu)單元，其中右邊單元為“入”字形平面的結(jié)構(gòu)單元，即本文所論及的部分。

1.2 初步方案

1.2.1 純框架計算

按純框架體系建模計算，判別計算結(jié)果：

（1）周期指標滿足；

（2）位移指標不滿足。Max-Dx/h=1/742，Ratio-（X）=1.29；Max-Dy/h=1/519，Ratio-（Y）=1.43；

（3）相鄰層側(cè)移剛度比值、樓層抗剪承載力比值等符合要求；

（4）規(guī)范的其他構(gòu)造要求也能滿足，構(gòu)件配筋正常。

1.2.2 解決方向

查閱詳細的位移輸出文件，發(fā)現(xiàn)位移不滿足的節(jié)點集中在結(jié)構(gòu)單元端部，端部的抗側(cè)移剛度偏小。為此需加強此部位的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，減小端部位移。

1.2.3 方法選擇

首先調(diào)整柱、梁截面，效果并不明顯，這是由于建筑平面本身的特性造成的，需要對端部的Y向剛度做大幅增加才能解決問題。在這個位置有電梯，可在Y方向布置少量剪力墻，如圖1、圖2所示。

1.3 分析論證

1.3.1 概念分析

從抗震規(guī)范的設(shè)防思想-“三水準的設(shè)防目標”和為實現(xiàn)這個目標而采取的“兩階段設(shè)計步驟”進行分析：

（1）對應(yīng)三個水準即小震不壞、中震可修、大震不倒，明確本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足的建筑性能要求；

（2）對應(yīng)兩個設(shè)計階段即絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗算和結(jié)構(gòu)彈性變形驗算，對一些規(guī)范要求的特定的結(jié)構(gòu)進行罕遇地震下的彈塑性變形驗算。本工程視為比較特殊的結(jié)構(gòu)，除進行第一階段的設(shè)計外，也必須進行第二階段的設(shè)計，這樣才能達到三水準的設(shè)防目標。

1.3.2 文獻分析

（1）《抗規(guī)》

6.1.3.1條：設(shè)置少量抗震墻的框架……抗震等級按框架結(jié)構(gòu)確定。本工程布置剪力墻后1～3層柱傾覆彎矩百分比為X向：95%，96%，97%；Y向：76%，81%，85%。X向框架處于絕對主導(dǎo)地位，Y向剪力墻的重要性有所增加，但其傾覆彎矩百分比<25%，仍然處于次要地位，據(jù)此可以確定框架部分的抗震等級。

6.1.4.2條：框架結(jié)構(gòu)可在抗震縫兩側(cè)……按不利情況取值。本工程設(shè)置在端部兩道剪力墻，與規(guī)范設(shè)置“抗撞墻”的概念相當(dāng)，布置少量剪力墻僅為減小位移，設(shè)計時按純框架與有墻框架的不利情況包絡(luò)設(shè)計。

（2）朱炳寅《配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)》

文章對此類結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題的表述值得借鑒，主要提出了規(guī)范未明確的問題及相關(guān)的設(shè)計建議，經(jīng)歸納主要有以下3條：

①對布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的定量把握

布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)與剪力墻較少的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在定量上無明確的界限，對結(jié)構(gòu)體系的定性把握的搖擺性加大了對結(jié)構(gòu)體系描述的隨意性。其后給出了對少量剪力墻的定量把握原則：當(dāng)框架的傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)底部傾覆力矩的75%時，可將其確定為配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)。

②適用高度規(guī)范未予以明確。文章建議對布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度適當(dāng)提高，提高幅度不超過20%。（筆者認為對此可偏安全執(zhí)行框架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的適用高度）

③規(guī)范規(guī)定了考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作原則，但未明確對剪力墻和框架的具體設(shè)計方法。

筆者從抗震設(shè)防思想的兩階段設(shè)計步驟角度出發(fā)認為：設(shè)置剪力墻的根本目的是控制框架結(jié)構(gòu)的彈性位移值，即多遇地震作用下需計算剪力墻與柱協(xié)同工作時的承載力驗算和結(jié)構(gòu)彈性變形驗算；而在罕遇地震下應(yīng)允許剪力墻開裂、剛度退化，可按剪力墻完全退出工作的最不利的情況進行彈塑性變形驗算。按照這樣的理念進行計算，剪力墻為構(gòu)造配筋，抗震等級可比框架結(jié)構(gòu)低一等級。

1.4 設(shè)計過程

經(jīng)過以上的分析論證，對本工程的設(shè)計目標與設(shè)計手段有了明確的認識。在具體的設(shè)計過程中，按照下述的步驟與方法實現(xiàn)設(shè)計目標：

（1）確定標準：明確本工程為框架結(jié)構(gòu)體系，設(shè)置少量剪力墻僅為改善體系在多遇地震作用下的抗側(cè)移性能，框架的抗震等級按《抗規(guī)》中框架結(jié)構(gòu)確定為二級，少量剪力墻的抗震等級為三級。

（2）計算方法：

①對框架部分：在彈性變形階段，不計入剪力墻按純框架結(jié)構(gòu)和計入剪力墻按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分別計算，包絡(luò)設(shè)計；在彈塑性變形階段，考慮剪力墻完全退出工作的最不利情況進行變形驗算；

②對少量剪力墻：在彈性變形階段，按剪力墻與框架協(xié)同工作計算；在彈塑性變形階段，剪力墻開裂退出整體工作。

（3）細部處理：

①與剪力墻相連的柱及結(jié)構(gòu)單元的邊柱按設(shè)置“抗撞墻”的要求箍筋全高加密；

②少量剪力墻的構(gòu)造按框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻部分的要求執(zhí)行；

③在滿足彈性階段受力的前提下，盡可能弱化剪力墻，以期實現(xiàn)彈塑性變形階段剪力墻退出工作，與之對應(yīng)將布置剪力墻區(qū)域的框架部分可適度加強。

（4）設(shè)計結(jié)果：多遇地震作用下框架、剪力墻協(xié)同工作時Max-Dy/h提高至1/796，Ratio-（Y）為1.27，很好的改善了體系的抗側(cè)移性能；罕遇地震作用下純框架的彈塑性層間位移角X向為1/82，Y向為1/77，均能滿足規(guī)范要求。

2 結(jié)論與建議

2.1 綜合結(jié)論

從抗震概念出發(fā)確定“配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)”的設(shè)計性能目標，從現(xiàn)有規(guī)范的條文充分理解其內(nèi)含的要義，明確設(shè)計原則，加強計算手段，注重細節(jié)處理，需要多方面分析論證，才能夠保證結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 筆者建議

對于此類規(guī)范沒有明確的系統(tǒng)性規(guī)定的特殊結(jié)構(gòu)，在設(shè)計原則及具體設(shè)計中存在不確定因素，給結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工圖審查帶來相當(dāng)?shù)睦щy，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量避免采用，盡可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能較好的結(jié)構(gòu)體系。

參考文獻

[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010》建筑工業(yè)出版社.

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010》建筑工業(yè)出版社.

[3]《建筑抗震設(shè)計手冊（第二版）》建筑工業(yè)出版社.

[4]朱炳寅.《配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)》建筑結(jié)構(gòu)-技術(shù)通訊2007.5.