框架-抗震墻結構設計要點分析

【摘 要】根據框架—抗震墻結構在設計過程中常遇到的重點問題，采用量化指標合理確定框架-抗震墻結構的抗震等級；同時根據實際經驗詳細敘述了框架－抗震墻結構中抗震墻的布置原則。

【關鍵詞】框架—抗震墻結構；抗震等級；墻體布置

框架—抗震墻結構由于具有建筑平面布置靈活和抗側剛度大的特點，以及較好的抗震性能，因而在三十層以下的高層建筑中大量被采用。框架-抗震墻結構是由多種具有不同受力特性構件（如框架梁、柱，框架與抗震墻之間的連梁，抗震墻墻肢，抗震墻連系梁等）組成的結構，框架-抗震墻結構通過合理設計，使其具有優秀的抗震性能，在地震作用下成為良好的耗能體系，滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震原則，從而達到可靠與經濟的目的。

一、框架—抗震墻結構的受力特點

框架—抗震墻結構是由框架和抗震墻兩種不同的抗側力結構組成，這兩種結構的受力特點和變形性質都不相同，框架在水平力作用下屬于剪切型變形的豎向空腹懸臂構件，而抗震墻在水平力作用下屬彎曲型變形的豎向懸臂構件，由于有剛性樓蓋將框架和抗震墻連接成一個整體，使框剪結構成為一個空間結構受力體系，其變形既非剪切型亦非彎曲型而是剪彎型。在框架和抗震墻結構的下部樓層，抗震墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，抗震墻承受大部分水平力，上部樓層則相反，抗震墻位移越來越大，有外側的趨勢，而框架則有內收的趨勢，框架拉抗震墻按剪切型曲線變形，框架除了負擔外荷載產生的水平力外，還額外負擔了把剪力拉回來的附加水平力，抗震墻不但不承受荷載產生的水平力，還因為給框架一個附加水平力而承受負剪力，所以，上部樓層即使外荷載產生的樓層剪力很小，框架中也出現相當大的剪力。

二、框架—抗震墻結構抗震等級確定

根據《高層建筑混凝土結構設計規程》（JGJ 3-2010）（以下簡稱高規）第8.1.3條，抗震設計的框架-抗震墻結構，應根據在規定的水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩的比值，選擇相應的設計方法，確定框架－抗震墻結構中框架、抗震墻的抗震等級。當框架部分承擔總傾覆力矩的百分比（MC/M0）滿足不同要求時，結構性能存在較大差別。（1）當MC/M0≤10％時：為有個別框架的抗震墻結構，工作機理接近純抗震墻結構。這種情況，框架承擔的地震作用較小，絕大部分地震作用由抗震墻承擔。這種結構中的抗震墻抗震等級可按抗震墻結構的規定確定，計算分析按抗震墻結構進行計算分析，最大適用高度仍按框架－抗震墻的相關要求執行，其側向位移控制指標按抗震墻結構采用。（2）10％＜MC/M0≤50％時：為框架-抗震墻結構，這種結構中的抗震墻抗震和框架等級直接按高規表3.9.3及表3.9.4的規定確定，計算分析、最大適用高度、側向位移控制指標均按框架－抗震墻結構采用。（3）50％＜MC/M0≤80％時：這種情況，結構中抗震墻數量較少，由框架體系承擔較大的地震作用。此時結構整體的計算分析仍按框架-抗震墻結構進行，但框架部分的抗震等級和軸壓比按框架結構的規定采用，抗震墻部分的抗震等級和軸壓比按框架-抗震墻結構的規定采用，結構最大適用高度不宜再按框架-抗震墻的要求執行，但可根據抗震墻承擔的地震傾覆力矩的大小，在框架結構要求的基礎上適當提高。（4）MC/M0＞80％時：這種情況，結構中抗震墻數量極少，為少墻框架結構，仍屬于框架結構范疇。此時框架部分的抗震等級和軸壓比按框架結構的規定采用，結構最大適用高度按框架結構的要求執行，但在進行層間位移驗算和結構規則性判斷時，應采用框架-抗震墻結構模型進行計算。這種結構中抗震墻部分宜按框架-抗震墻結構模型的計算結果確定抗震墻的配筋，而不能僅按抗震構造要求確定其配筋。對于設置少量抗震墻的框架結構，要求其框架部分的地震剪力值采用不計抗震墻的框架結構模型和框架-抗震墻結構模型二者計算結果的較大值。對于這種少墻框架結構，由于其抗震性能較差，為避免抗震墻受力過大而過早破壞，因此在高震區不建議使用。當不得不采用時，采用減薄墻厚、開大結構洞、開豎縫等手段減小抗震墻所承受的剪力，同時宜增加墻體與邊框柱的連接，確保抗震墻破壞后豎向荷載的有效傳遞。

三、框架—抗震墻結構中框架部分的剪力調整

《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）（以下簡稱抗規）中6.2.13條第1款對框架－抗震墻、框架－核心筒結構中框架部分承擔剪力的調整沿用了原規范的規定。當框架-抗震墻、框架－核心筒結構計算分析的框架部分各層地震剪力的最大值小于結構底部總地震剪力的10％時，抗規6.7.1條第2款規定“任意一層框架結構部分承擔的地震剪力不應小于結構底部總地震剪力的15％。”在實際工程中，部分設計人根據一些結構分析程序上設定的選項，對框架柱的剪力調整設置了上限，如最多調整到計算剪力值的2.0倍，這種做法是不妥的，應按實際需要進行調整以滿足規范要求。

四、框架—抗震墻結構中樓梯的計算

抗規第3.6.6條、第6.1.8條、第6.1.15條對樓梯的構件的計算和構造做出了原則性的規定。當樓梯構件位于框架－抗震墻結構中抗震墻筒體內時，可允許按一般非抗震構件設計，但樓梯板及平臺板宜采用雙層雙向配筋。

五、框架—抗震墻結構的墻體布置

框架－抗震墻結構中的抗震墻作為結構體系第一道防線的主要抗側力構件，其布置有一下兩種形式：一是抗震墻與框架分開，抗震墻成筒，墻兩端無柱；另一種是抗震墻嵌入框架內，有端柱、邊框梁，成為有邊框的抗震墻。第一種情況類似抗震墻結構中的墻體、筒體結構中的核心筒。第二種情況中，如果梁寬大于墻厚，則每一層抗震墻有可能成為高寬比小的矮墻，在強震作用下發生剪切破壞，同時，抗震墻給柱端施加很大的剪力，使柱端剪壞，這對抗震防倒塌非常不利。因此，框架－抗震墻結構中墻體的布置對于結構整體抗震起到至關重要的作用。（1）框架-抗震墻結構地上樓層的抗震墻的布置。框架-抗震墻結構中的抗震墻是抗震抗風的主要結構，應沿各主要軸線方向布置，在矩形、L型和槽型平面中，抗震墻應沿兩個正交方向布置，并使兩個方向的自振周期比較接近。框架-抗震墻結構中抗震墻的布置原則是“均勻、分散、對稱、周邊”。均勻、分散是要求抗震墻的片數多，每片的剛度不要太大，避免地震中個別抗震墻破壞后，剩下的墻無法承受全部地震力，從而變成局部損壞導致全局性的影響。對稱、周邊布置是對高層建筑抵扭轉的要求，抗震墻剛度大，其位置對樓層平面剛度分布起決定性的作用，抗震墻對稱布置，能基本保證建筑物的對稱性，從而避免和減小建筑物受到的扭轉，另一方面，抗震墻沿建筑平面的周邊布置可以最大限度地加大抗扭轉的內力臂，提高整個結構的抗扭能力。另外，抗震墻宜設置在墻面不需要開大洞的位置；房屋較長時，剛度較大的縱向抗震墻不宜設置在房屋的端開間；抗震墻洞口宜上下對齊；洞邊距端柱不宜小于300mm。（2）框架-抗震墻結構地下樓層的抗震墻的布置。當上部結構嵌固在地下室頂板時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同。地下一層墻肢端部如為由地上延伸下來時，應當與地上一層對應處設置相同邊緣構件。無論上部結構嵌固在地下室的什么部位，地下室位于嵌固部位以上的樓層，其抗震等級應與上部結構相同，各項抗震措施均不應降低，其抗震墻均應按底部加強部位的要求設置邊緣構件。

六、框架—抗震墻結構出墻面大梁的設計要求

抗側力的樓面大梁（不含次梁）與抗震墻平面外連接的情況主要出現在抗震墻與框架分開布置的情況。試驗表明，在往復荷載作用下，錨固在墻內的梁的縱筋有可能產生滑移，與梁連接的墻面混凝土有可能脫落，根據抗規的新的要求，這個部分予以加強，按平面外受力的壓彎構件來進行設計。

參 考 文 獻

[1]GB 50011-2010 建筑抗震設計規范[S] ．北京：中國建筑工業出版社，2010

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