談鋼筋混凝土三種結構體系的區別

郭迎春

(太原市建筑設計研究院，山西太原 030002)

0 引言

混凝土材料在現有的國情背景下依然是一種最主要的建筑材料，而混凝土框架、剪力墻、框架—剪力墻結構又是最主要的結構體系。在具體的設計過程中，如何界定框架、剪力墻及框架—剪力墻結構，配筋如何選擇、位移如何控制等，就顯得尤為重要。

1 概念定義

框架結構，是由梁和柱為主要構件組成的承受豎向和水平作用的結構。剪力墻結構，是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結構。框架—剪力墻結構，是由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結構。

2 三種結構體系的適用特點

2.1 框架結構

框架結構的特點是柱網布置靈活，便于獲得較大的使用空間，但其側移剛度較小，因此適用于需要較大空間的、層數不多、高度不太高的建筑，例如停車庫、車站、商場等，高層建筑不宜采用框架結構。框架結構應當縱橫雙向布置，形成雙向抗力體系。不應布置單跨框架，單跨框架由兩根柱單根梁形成，一旦發生地震，尤其超設防烈度的大震情況下，兩根柱子中有一根破壞，將使整個建筑倒塌，后果是非常嚴重的。

2.2 剪力墻結構

剪力墻結構的特點是整體性好，側向剛度較大，但其不能提供大空間房屋，因此可以建造比框架更高的建筑，但其橫墻間距較小，不能獲得較大空間，所以常用于高層住宅中。剪力墻結構應當縱橫雙向均設置剪力墻。一般剪力墻布置在豎向荷載較大處、平面形狀變化處和樓電梯間處。剪力墻墻肢截面宜簡單、規則，間距不宜太密，側向剛度不宜過大。

2.3 框架—剪力墻結構

框架—剪力墻結構體系恰好是對兩者取長補短，既能布置大空間房屋和小空間房屋，布置靈活，又具有較大的側向剛度。所以廣泛用于層數較多、房屋總高度較高的建筑，而且可以靈活布置大小空間，適用于較多的建筑功能要求，例如商住樓、賓館等。抗震設計時，結構兩主軸方向均應布置剪力墻，形成雙向抗力體系，剪力墻應按“均勻、分散、對稱、周邊”的原則布置。

3 三種結構體系的適用高度

根據GB 50011-2010建筑抗震設計規范，三種結構的最大適用高度見表1。

表1 現澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度 m

房屋高度是指室外地面到主要屋面板頂的高度(不包括局部凸出屋頂部分)。

4 結構體系側向變形的特點及變形控制

框架結構在水平作用下側向變形為剪切型，上部小下部大，其形狀類似于豎向懸臂梁剪切變形產生的曲線。剪力墻結構在水平作用下側向變形為彎曲型，上部大下部小，其形狀類似于豎向懸臂梁彎曲變形產生的曲線。框架—剪力墻結構在水平作用下側向變形為彎剪型。通過樓板將框架柱和剪力墻連接在一起，使二者變形協調一致。根據GB 50011-2010建筑抗震設計規范，三種結構的彈性層間位移角限值見表2。

5 三種結構的相互關聯

由框架和剪力墻共同受力的結構體系，框架和剪力墻在規定水平力作用下，結構底層框架因部分承受的地震傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩的比值不同而有不同的要求。

表2 彈性層間位移角限值

1)框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結構總地震傾覆力矩的10%時，按剪力墻結構設計，其中框架部分應按框架—剪力墻結構的框架進行設計。層間位移角按剪力墻結構控制(1/1000)。例如，我們常設計的高層住宅中，門廳部分常設框架柱;高層商住樓中，住宅外圍有兩跨商業，為滿足建筑要求常設框架柱。

2)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的10%但不大于50%時，按框架—剪力墻結構設計。位移層間位移角按框架—剪力墻結構控制(1/800)。例如，我們常設計的高層公寓，常在電梯間及樓梯間設置一定數量的剪力墻，形成典型的框架—剪力墻結構。

3)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%但不大于80%時，按框架—剪力墻結構設計。其中最大高度可比框架適當增加，框架部分的抗震等級及軸壓比限值宜按框架結構的規定采用。層間位移角按框架—剪力墻結構控制(1/800)。

4)框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的80%時，按框架—剪力墻結構設計。其中最大高度宜按框架采用，框架部分的抗震等級及軸壓比限值應按框架結構的規定采用。層間位移角可按框架—剪力墻結構控制(1/800)。如不能滿足，可按有關規定進行結構抗震性能化分析和論證。我們在設計的多層框架中加入少量墻，層間位移角往往不能滿足1/800，是一種少墻結構，層間位移角宜按插入法控制，取1/550和1/800的中間值1/652。此種結構配筋時應特別注意，應取按框架—剪力墻結構及去掉剪力墻的框架結構兩種模型的最大包絡值進行配筋，以保證少墻結構的安全性。

6 結語

目前，混凝土框架、剪力墻、框架—剪力墻在我國被廣泛應用，合理的選擇結構形式，對結構墻柱合理布置，特別重要。從結構安全角度出發，合理的結構布置更安全，例如常見的質心和剛心的偏置，增加了附加扭矩;剪力墻布置不合理造成整個結構扭轉，這些都是不安全因素。從經濟角度出發，如果結構布置不合理，導致結構受力不合理，結構配筋就要增大，給甲方造成浪費，這樣的設計者，絕不是一個合格的結構工程師。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［3］李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的持力及算例［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.