王銀軍

摘要：本文首先從提出框架剪力墻結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)一步探討了該類型結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)，最后通過結(jié)合工程實(shí)例，探討該結(jié)構(gòu)類型在工程中的應(yīng)用，為同行提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：實(shí)例分析；高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的原因是在受力方面，剪力墻的剛度大，容易滿足小震作用下結(jié)構(gòu)，尤其是高層結(jié)構(gòu)的位移限值。在地震作用的破壞下，其變形小，破壞程度低，可以設(shè)延性抗震墻，特別是大震時(shí)通過連梁和墻肢底部的塑性范圍內(nèi)的塑性變形，耗散地震能量。

1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)布置

1.1 雙向抗側(cè)力體系和剛性連接?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)中，剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件。結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向均應(yīng)市置剪力墻，并應(yīng)設(shè)計(jì)為縱、橫雙向剛接框架體系，盡可能使兩個(gè)方向抗側(cè)力剛度接近，除個(gè)別節(jié)點(diǎn)外，不應(yīng)采用鉸接。如果僅在一個(gè)主軸方向布置剪力墻，會(huì)造成兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)剛度懸殊，無剪力墻的一個(gè)方向剛度不足且?guī)в屑兛蚣艿男再|(zhì)，與有剪力墻的另一方向不協(xié)調(diào)，也容易造成結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)。主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接剛性，目的是為了保證整體結(jié)構(gòu)的幾何不變和剛度的發(fā)揮；同時(shí)，較多的贅余約束對(duì)始構(gòu)在大震下的穩(wěn)定性是有利的。

1.2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是通過剛性樓、屋蓋的連接，將地震作用傳遞到剪力墻，保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的整體工作的。因此，剪力墻之間的距離不宜過大，否則，兩墻之間的樓蓋會(huì)不能滿足平面內(nèi)剛性的要求，造成處于該區(qū)間的框架不能與鄰近的剪力墻協(xié)同工作而增加負(fù)擔(dān)。為了保證樓、屋蓋的剛性，剪力墻之間無大洞口的樓屋蓋長寬比不宜超過規(guī)范要求。當(dāng)兩墻之間的樓蓋開大洞時(shí)，該段樓蓋的平面剛度更差，墻的間距應(yīng)再適當(dāng)縮小。

1.3 樓板開洞處理。當(dāng)建筑無可避免地采取樓板開洞時(shí)，則應(yīng)盡可能避免在剪力墻兩側(cè)樓板全部開洞或開大洞，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)是如此，對(duì)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)更是如此。兩側(cè)樓板全部開洞的剪力墻，計(jì)算中可能認(rèn)為它已發(fā)揮作用，但由于沒有樓板的協(xié)同工作，水平力并不能有效地傳遞至此片剪力墻土，實(shí)際受力完全不是那回事，造成其他墻肢和框架柱實(shí)際受力比計(jì)算值大。同時(shí)應(yīng)通過正確的計(jì)算分析，適當(dāng)折減其抗側(cè)力剛度。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析要點(diǎn)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)考慮框架與剪力墻兩種不同結(jié)構(gòu)的不同受力特點(diǎn)，按兩者變形協(xié)調(diào)工作特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。即使是很規(guī)則的結(jié)構(gòu)，也不應(yīng)將結(jié)構(gòu)切榀，簡單地按二維平面結(jié)構(gòu)（平面框架和壁式框架）進(jìn)行計(jì)算。不應(yīng)將樓層剪力按某種比例在框架與剪力墻之間分配?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維空間受力體系，計(jì)算分析時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，選取較能反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實(shí)際受力狀況的力學(xué)模型。對(duì)于平面和立面布置簡單規(guī)則的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，宜采用空間分析模型，可采用平面框架空間協(xié)同模型，對(duì)布置復(fù)雜的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間分析模型。另外，對(duì)于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由于填充墻數(shù)量較框架結(jié)構(gòu)少，而比剪力墻結(jié)構(gòu)多，因此其周期折減系數(shù)應(yīng)選取介于兩者之間。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一般情況下當(dāng)填充墻較多時(shí)，周期折減系數(shù)可取0.7-0.8，填充墻較少時(shí)，周期折減系數(shù)可取0.8-0.9。

需要注意的是，隨著建筑形式的多樣化，框架校的數(shù)量沿豎向有時(shí)會(huì)有較大的變化，考慮到若某樓層段突然減少了較多框架柱，按結(jié)構(gòu)基底總剪力Vo來調(diào)范柱剪力時(shí)，將使這些樓層的單根柱承擔(dān)的剪力過大，這顯然是不合理的，故《高規(guī)》規(guī)定允許分段進(jìn)行調(diào)整，即當(dāng)某樓層段柱根數(shù)減少時(shí)，則以該段為調(diào)整單元，取該段最底一層的地震剪力為其該段的底部總剪力；該段內(nèi)各層框架承擔(dān)的地震總剪力中的最大值為該段的Vfmax。在單片剪力墻的邊框桿，墻平面內(nèi)是墻體的組成部分，不再按框架柱考慮；墻的平面外邊框柱屬于框架框，支承框架梁并共同組成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。邊框柱在墻平面內(nèi)按墻計(jì)算確定縱向鋼筋，平面外按框架柱計(jì)算確定縱向鋼筋，并滿足構(gòu)造所需最小配筋率。特一、一、二級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻，在底部加強(qiáng)部位的邊框柱，尚應(yīng)滿足約束邊緣構(gòu)件的箍筋和縱向鋼筋構(gòu)造要求。

3 工程實(shí)例

某辦公樓大廈地下3層（地下一層局部沒有夾層）、地上由東、西兩位高層建筑組成，東樓平面呈扇貝形，共18層，檐口高度74.0m；西樓平面呈矩形，共22層，搪口高度90.0m?？偨ㄖ娣e約120000m2。主體結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)主要為9m×9m、9m×8m兩種。

本工程主體采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，抗震設(shè)防類別為丙類，場地土為中硬場地土，場地類別為II類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，地下室防水等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架抗震等級(jí)為一級(jí)。為有效地滿足業(yè)主對(duì)建筑物室內(nèi)凈高保證2.8m的要求，綜合比較后采用寬扁梁樓蓋方案。本工程建筑布置給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成相當(dāng)難度，因此結(jié)構(gòu)整體計(jì)算在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中顯得更為重要。通過計(jì)算分析對(duì)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整，選用了經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件截面尺寸。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算達(dá)到了以下三個(gè)目的：（1）根據(jù)建筑物的自振周期、位移及地震效應(yīng)判斷結(jié)構(gòu)方案的合理性；（2）得出各構(gòu)件的內(nèi)力以及配筋，以判斷構(gòu)件截面的合理性；（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析判定結(jié)構(gòu)受力的德弱部位，并在設(shè)計(jì)中采取加強(qiáng)措施。

東、西樓由于建筑物使用功能的需要，其剪力墻核心筒設(shè)置偏置一側(cè)，并且在其他部位不允許設(shè)置剪力墻，造成剪力堵布置過于集中，建筑物的質(zhì)心與剛心偏移較大，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算帶來很大困難。經(jīng)與建筑專業(yè)協(xié)商，在不影響使用功能的前提下，增加了剪力墻的數(shù)量（如將西樓靠走道一例的管道井外墻均調(diào)整為剪力墻，將東樓南北兩端樓梯間四軸剪力堵延伸至軸線），同時(shí)調(diào)整了部分剪力墻的厚度（如將西樓南側(cè)樓梯間外墻由400mm厚調(diào)整至600mm厚），通過結(jié)構(gòu)布置改善主體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能及抗側(cè)移剛度。

本工程結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE，計(jì)算時(shí)考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)的影響?？紤]模擬施工分層加載，振型數(shù)取18個(gè)，采用側(cè)剛分析方法。計(jì)算結(jié)果表明，本結(jié)構(gòu)整體剛度在X方向較好，Y方向稍差。兩幢樓剪力墻在X方向承擔(dān)了總傾覆力矩的80%以上，Y方向承擔(dān)了60%以上；西樓在地震作用下Y方向頂點(diǎn)位移絕對(duì)值偏大，最大層間位移接近規(guī)范限位。計(jì)算結(jié)果還表明，東樓第5、7、9振型，西樓第7、9振型以扭轉(zhuǎn)為主，說明雖然對(duì)剪力墻布置、數(shù)量、厚度進(jìn)行了調(diào)整，但扭轉(zhuǎn)效應(yīng)仍不可避免，還應(yīng)在設(shè)計(jì)中予以解決。總體來說各項(xiàng)結(jié)果均在正常范圍以內(nèi)，滿足規(guī)范要求，并符合以下規(guī)律：（1）柱、剪力墻的軸力設(shè)計(jì)值均為壓力；（2）柱、剪力墻基本為構(gòu)造配筋；（3）梁基本無超筋，剪力墻、連梁均滿足截面抗剪扭的要求。

4 結(jié)束語

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻而形成的雙重結(jié)構(gòu)體系，其在工程中的應(yīng)用較為廣泛，本文通過結(jié)合實(shí)踐以及規(guī)范要求，總結(jié)出高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布置，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步探討框架剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，為同行提供參考借鑒。

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