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摘要：通過(guò)對(duì)框架——剪力墻結(jié)構(gòu)受力、變形特點(diǎn)的分析，提出在高烈度地震區(qū)框架——剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，并針對(duì)現(xiàn)在使用較為普遍的計(jì)算程序TAT的計(jì)算假定、計(jì)算結(jié)果的分析、研究、提出補(bǔ)充、完善計(jì)算結(jié)果的方法。...

高烈度地震區(qū)框架——剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題

胡亞華

(大理州建筑設(shè)計(jì)院，云南大理671000)

    框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是高烈度地震區(qū)許多高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)體系可以把以剪切變形為主的框架和以彎曲變形為主的剪力墻這兩種互補(bǔ)性很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而得到抗震性能好、功能布置靈活的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中，框架和剪力墻都能承受水平荷載，它們各承擔(dān)水平荷載的多少主要取決于框架和剪力墻的側(cè)向剛度之比，但又不是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。這種結(jié)構(gòu)體系的工作狀態(tài)是由框架和剪力墻二者空間協(xié)同工作的情況所決定的。現(xiàn)在的計(jì)算方法都采用了“樓板在其平面內(nèi)剛度無(wú)限大”這一假定，但在框架——剪力墻結(jié)構(gòu)中作為主要側(cè)向支撐的剪力墻的問(wèn)距相當(dāng)大，實(shí)際上樓板是會(huì)變形的，這樣在地震力作用下框架的水平位移將大于剪力墻的水平位移，使框架實(shí)際承受的水平力大于剛性樓板假定的計(jì)算結(jié)果，另外，由于剪力墻的剛度大，承擔(dān)的地震剪力也多，一旦地震將首先開(kāi)裂，剛度降低，從而使一部分地震力轉(zhuǎn)移到框架上，使框架所承受的地震力顯著增加。兩者的空間協(xié)同工作的實(shí)際情況，現(xiàn)在的計(jì)算方法還不能全面、真實(shí)的反映。所以要設(shè)計(jì)好這種結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵就是要處理好框架和剪力墻之問(wèn)如何能很好地協(xié)同工作這一問(wèn)題。筆者通過(guò)多年的具體設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并翻閱了較有代表性的著作，覺(jué)得欲解決好框架——剪力墻結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻的協(xié)同工作問(wèn)題，應(yīng)注意解決好以下幾個(gè)問(wèn)題。

    1)要特別注意整個(gè)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范提出了一些非常重要的概念設(shè)計(jì)要求，即平面布置力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位，避免在端部設(shè)置樓電梯間，豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過(guò)多、過(guò)急，力求剛度均勻漸變，避免造成變形集中。結(jié)構(gòu)的承載力、變形能力和剛度要均勻連續(xù)分布以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)要求；突出層面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性；在結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防；節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度與構(gòu)件的承載力和剛度相適應(yīng)。構(gòu)件設(shè)計(jì)上應(yīng)采取有效措施防止脆性破壞等。這些要求是基于對(duì)震害的不斷認(rèn)識(shí)、試驗(yàn)和理論研究的大量成果而提出的．而且也被近年來(lái)國(guó)內(nèi)外大地震的震害驗(yàn)證，但在許多具體設(shè)計(jì)中，這些措施往往被忽視或被建筑造型、使用功能所限制而無(wú)法實(shí)施。而取消這些概念設(shè)計(jì)要求所帶來(lái)的問(wèn)題卻是較復(fù)雜的，例如剪力墻問(wèn)距過(guò)大，樓板的變形就不能忽視，這就使“樓板在自身平面內(nèi)剛度無(wú)限大”這一假定無(wú)法滿足，使得計(jì)算結(jié)果不能真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力。

    2)應(yīng)考慮連梁變形對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能產(chǎn)生的影響。一端與剪力墻相連另一端與框架柱相連的梁我們稱為連梁：連梁受力變形后會(huì)對(duì)剪力墻產(chǎn)生一個(gè)約束彎矩，同時(shí)連梁的端彎矩提高了框架柱的側(cè)向剛度，從房屋的剛度特征值入=H（CF／Ewlw)  可知：隨著框架柱的增多，框架柱與剪力墻剛度比的增大，這一影響會(huì)愈明顯。由于樓層剪力是按墻、柱的剛度比分配的．這一影響勢(shì)必會(huì)造成框架柱承擔(dān)的剪力增大而剪力墻承擔(dān)的剪力相應(yīng)減少。在具體的工程設(shè)計(jì)中．剪力墻的設(shè)置受使用功能、建筑外觀造型等限制，有時(shí)甚至柱的總抗側(cè)剛度大于40％墻的總抗側(cè)剛度，這就更不能忽視連梁變形的影響，此時(shí)柱必須按純框架選取抗震等級(jí)且柱承擔(dān)的剪力應(yīng)按計(jì)算值的l．5倍和20％總剪力的校大值采用，否則柱的配筋就會(huì)偏少而留下安全隱患。

    3)少量剪力墻框架也是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的一種特殊形式，必須按框架與剪力墻協(xié)同工作計(jì)算，不能只按框架計(jì)算，而剪力墻按構(gòu)造處理。設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)應(yīng)特別注意，結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用且剪力墻的抗震等級(jí)宜隨框架。剪力墻的布置應(yīng)對(duì)稱、均勻、兩向相連互為翼緣，剪力墻承擔(dān)的地震傾覆力矩必須控制在<50％以內(nèi)，位移角可以根據(jù)剪力墻承擔(dān)的地震傾覆力矩比例的不同在1／550到1／750之間取值。

    4)對(duì)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)給予充分重視。扭轉(zhuǎn)的因素在計(jì)算時(shí)不容易考慮準(zhǔn)確，但從房屋的震害情況看扭轉(zhuǎn)卻是一個(gè)很重要的致壞因素。故在結(jié)構(gòu)的初設(shè)方案時(shí)就應(yīng)盡量使房屋的質(zhì)量中心與剛度中心接近，當(dāng)扭轉(zhuǎn)不可避免時(shí)必須加強(qiáng)可能因扭轉(zhuǎn)而使內(nèi)力增大的構(gòu)件。

    5)樓層位置應(yīng)設(shè)置貫通（剪力墻內(nèi)仍保留)的梁(或暗梁)。且剪力墻邊的邊框柱應(yīng)保留。在計(jì)算模型中剪力墻內(nèi)的梁及邊框柱是被簡(jiǎn)化掉的，但這兩種構(gòu)件的存在對(duì)剪力墻、樓板及其兩者的連接都具有很好的加強(qiáng)作用，對(duì)比試驗(yàn)表明，取消樓層處的邊框梁后，剪力墻的極限承載力下降近10％；取消邊框柱后剪力墻的極限承載力下降近30％。邊框梁和邊框柱還能提高建筑物內(nèi)梁、板、柱的空問(wèn)協(xié)同作用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力，這對(duì)地震力起控制作用的結(jié)構(gòu)的可靠度是有提高的(2001年版混凝土規(guī)范已將此問(wèn)題做了明確說(shuō)明，設(shè)計(jì)者應(yīng)注意)。

    6)純框架計(jì)算完畢后，如果又增加了一些剪力墻就必須用框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的模型重新計(jì)算。有人認(rèn)為純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算滿足后又增加了一些剪力墻的結(jié)構(gòu)比原來(lái)的純框架結(jié)構(gòu)更安全，不必再重新計(jì)算。實(shí)際上并非如此，增加了剪力墻，使結(jié)構(gòu)下部幾層的柱配筋大于實(shí)際需要。從經(jīng)濟(jì)上講是不可取的，而中部和上部框架除了承擔(dān)外荷載產(chǎn)生的水平力外還要負(fù)擔(dān)由剪力墻的變形而產(chǎn)生的附加剪力，這就使中、上部的框架承擔(dān)的樓層剪力大于原設(shè)計(jì)值，結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。

    綜上所述，框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的有機(jī)組合體，這一組合體的抗震能力受框架和剪力墻共同工作的協(xié)同性影響很大，是一種較為特殊的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)時(shí)必須從它的受力特點(diǎn)和變形情況上去認(rèn)真分析，盡量選擇和實(shí)際結(jié)構(gòu)相符的計(jì)算模型，恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整計(jì)算結(jié)果，還應(yīng)特別注意概念沒(méi)計(jì)，找出現(xiàn)行計(jì)算方法不能全面反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力、變形情況的地方并予以加強(qiáng)．這樣才能使這種結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)．得到安全、經(jīng)濟(jì)且使用功能靈活的建筑物。

參考文獻(xiàn)：

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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