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摘要：通過對框架——剪力墻結構受力、變形特點的分析，提出在高烈度地震區框架——剪力墻結構設計應注意的幾個問題，并針對現在使用較為普遍的計算程序TAT的計算假定、計算結果的分析、研究、提出補充、完善計算結果的方法。...

高烈度地震區框架——剪力墻結構設計的幾個問題

胡亞華

(大理州建筑設計院，云南大理671000)

    框架——剪力墻結構是高烈度地震區許多高層建筑常用的結構形式，這種結構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性很強的結構有機地結合起來，從而得到抗震性能好、功能布置靈活的結構。在這種結構體系中，框架和剪力墻都能承受水平荷載，它們各承擔水平荷載的多少主要取決于框架和剪力墻的側向剛度之比，但又不是一個簡單的比例關系。這種結構體系的工作狀態是由框架和剪力墻二者空間協同工作的情況所決定的。現在的計算方法都采用了“樓板在其平面內剛度無限大”這一假定，但在框架——剪力墻結構中作為主要側向支撐的剪力墻的問距相當大，實際上樓板是會變形的，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，使框架實際承受的水平力大于剛性樓板假定的計算結果，另外，由于剪力墻的剛度大，承擔的地震剪力也多，一旦地震將首先開裂，剛度降低，從而使一部分地震力轉移到框架上，使框架所承受的地震力顯著增加。兩者的空間協同工作的實際情況，現在的計算方法還不能全面、真實的反映。所以要設計好這種結構，關鍵就是要處理好框架和剪力墻之問如何能很好地協同工作這一問題。筆者通過多年的具體設計經驗，并翻閱了較有代表性的著作，覺得欲解決好框架——剪力墻結構中框架和剪力墻的協同工作問題，應注意解決好以下幾個問題。

    1)要特別注意整個結構的概念設計。我國現行的規范提出了一些非常重要的概念設計要求，即平面布置力求簡單、規則、對稱，避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位，避免在端部設置樓電梯間，豎向體型盡量避免外挑，內收也不宜過多、過急，力求剛度均勻漸變，避免造成變形集中。結構的承載力、變形能力和剛度要均勻連續分布以適應結構的地震反應要求；突出層面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性；在結構和構造上實現多道設防；節點的承載力和剛度與構件的承載力和剛度相適應。構件設計上應采取有效措施防止脆性破壞等。這些要求是基于對震害的不斷認識、試驗和理論研究的大量成果而提出的．而且也被近年來國內外大地震的震害驗證，但在許多具體設計中，這些措施往往被忽視或被建筑造型、使用功能所限制而無法實施。而取消這些概念設計要求所帶來的問題卻是較復雜的，例如剪力墻問距過大，樓板的變形就不能忽視，這就使“樓板在自身平面內剛度無限大”這一假定無法滿足，使得計算結果不能真實地反映結構的實際受力。

    2)應考慮連梁變形對結構受力性能產生的影響。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：連梁受力變形后會對剪力墻產生一個約束彎矩，同時連梁的端彎矩提高了框架柱的側向剛度，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．這一影響勢必會造成框架柱承擔的剪力增大而剪力墻承擔的剪力相應減少。在具體的工程設計中．剪力墻的設置受使用功能、建筑外觀造型等限制，有時甚至柱的總抗側剛度大于40％墻的總抗側剛度，這就更不能忽視連梁變形的影響，此時柱必須按純框架選取抗震等級且柱承擔的剪力應按計算值的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——剪力墻結構的一種特殊形式，必須按框架與剪力墻協同工作計算，不能只按框架計算，而剪力墻按構造處理。設計這種結構應特別注意，結構的抗震等級應按純框架結構的規定采用且剪力墻的抗震等級宜隨框架。剪力墻的布置應對稱、均勻、兩向相連互為翼緣，剪力墻承擔的地震傾覆力矩必須控制在<50％以內，位移角可以根據剪力墻承擔的地震傾覆力矩比例的不同在1／550到1／750之間取值。

    4)對結構可能產生的扭轉應給予充分重視。扭轉的因素在計算時不容易考慮準確，但從房屋的震害情況看扭轉卻是一個很重要的致壞因素。故在結構的初設方案時就應盡量使房屋的質量中心與剛度中心接近，當扭轉不可避免時必須加強可能因扭轉而使內力增大的構件。

    5)樓層位置應設置貫通（剪力墻內仍保留)的梁(或暗梁)。且剪力墻邊的邊框柱應保留。在計算模型中剪力墻內的梁及邊框柱是被簡化掉的，但這兩種構件的存在對剪力墻、樓板及其兩者的連接都具有很好的加強作用，對比試驗表明，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梁、板、柱的空問協同作用，增強結構的變形、耗能能力，這對地震力起控制作用的結構的可靠度是有提高的(2001年版混凝土規范已將此問題做了明確說明，設計者應注意)。

    6)純框架計算完畢后，如果又增加了一些剪力墻就必須用框架——剪力墻結構的模型重新計算。有人認為純框架結構計算滿足后又增加了一些剪力墻的結構比原來的純框架結構更安全，不必再重新計算。實際上并非如此，增加了剪力墻，使結構下部幾層的柱配筋大于實際需要。從經濟上講是不可取的，而中部和上部框架除了承擔外荷載產生的水平力外還要負擔由剪力墻的變形而產生的附加剪力，這就使中、上部的框架承擔的樓層剪力大于原設計值，結構處于不安全狀態。

    綜上所述，框架——剪力墻結構是框架結構和剪力墻結構的有機組合體，這一組合體的抗震能力受框架和剪力墻共同工作的協同性影響很大，是一種較為特殊的結構形式，設計這種結構時必須從它的受力特點和變形情況上去認真分析，盡量選擇和實際結構相符的計算模型，恰當地調整計算結果，還應特別注意概念沒計，找出現行計算方法不能全面反映結構實際受力、變形情況的地方并予以加強．這樣才能使這種結構充分發揮其優點．得到安全、經濟且使用功能靈活的建筑物。

參考文獻：

[1]包世華，方鄂華．高層建筑結構設計．清華大學出版社

[2]建筑抗震設計規范GB 50011-- 2001

[3]趙西安．鋼筋混凝土高層建筑結構設計．北京：中國建筑工業出版社

[4]郭繼武．建筑抗震設計．北京：高等教育出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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