框架—剪力墻結(jié)構(gòu)辦公樓設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

何鵬程

摘 要：現(xiàn)代的高層辦公樓的建設(shè)要求正不斷提高，凸顯出集約化、環(huán)保化的發(fā)展政策。在高層辦公樓的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)計(jì)手法進(jìn)行改善，對(duì)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行創(chuàng)新，從而更好的實(shí)現(xiàn)辦公樓框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該文對(duì)辦公樓框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行探討，希望對(duì)設(shè)計(jì)者有一定的參考。

關(guān)鍵詞：框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 辦公樓設(shè)計(jì) 剪力墻數(shù)量

中圖分類號(hào)：TU24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0109-02

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土框架與剪力墻兩個(gè)部分組成的結(jié)構(gòu)體系。一般框架的梁柱為剛接，框架與剪力墻可為剛接、鉸接均可，這種結(jié)構(gòu)具有靈活組合，擴(kuò)大空間的使用的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足建筑空間與使用的需求，并且整體結(jié)構(gòu)性能好，抗風(fēng)、抗震性能好，在高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用。

1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻分別承受了豎向與水平的荷載，兩個(gè)組成部分合理受力，能夠?qū)λ酵夂奢d起到效的抵抗作用，是比較理想的高層建筑體系。

框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)由于屬于不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，因此具有不同的受力特點(diǎn)。在水平力的作用下，框架是剪切型變形，隨著樓層的增高水平位移的增長(zhǎng)會(huì)減慢，而剪力墻是彎曲型變形，并且隨著樓層的增高水平位移增長(zhǎng)會(huì)加快，因此在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中框架和剪力墻的布置顯得特別重要。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是通過(guò)樓板連接在一起的，樓板的平面內(nèi)剛度無(wú)限大，它們?cè)谒搅ψ饔孟碌乃轿灰埔恢拢瑫?huì)出現(xiàn)共同的變形曲線。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架受的剪力，下部為零，中部或上部較大，頂部不為零。在低樓層中，剪力墻位移小，帶動(dòng)框架按彎曲變形，這時(shí)剪力墻主要承受了水平力，而在高樓層中，剪力墻位移大，框架帶動(dòng)剪力墻變形，框架需要承受外部的水平力，還承擔(dān)把剪力墻拉回來(lái)的水平力，剪力墻給框架一個(gè)附加水平力而受到負(fù)剪力。框架與剪力墻之間的這種協(xié)同工作是非常有利的，使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移大大減小，且使框架和剪力墻中內(nèi)力分布更趨合理。

2 框架-剪力墻數(shù)量問(wèn)題

對(duì)于框架-剪力墻的數(shù)量問(wèn)題一直是困擾和討論的重點(diǎn)。在日本的相關(guān)研究中證實(shí)，框架-剪力墻的數(shù)量越多，那么抗震性能就越好，受到地震的危害就越小。因此在進(jìn)行高層辦公樓框架-剪力墻設(shè)計(jì)的數(shù)量確定上，通常是盡量多的設(shè)計(jì)框架-剪力墻數(shù)量，這樣，能夠使得整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度增大，更好的抵抗水平作用力。然而，對(duì)于框架-剪力墻的數(shù)量設(shè)置也不能超過(guò)必要的限度，大量使用框架-剪力墻會(huì)造成材料的使用量大，墻體不能充分利用，從經(jīng)濟(jì)適用上是比較浪費(fèi)的。而且雖然更多的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，但是剛度過(guò)大會(huì)造成自振周期減小，自重增大，對(duì)于抗震不利，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是比較困難的。

在進(jìn)行框架-剪力墻數(shù)量的確定之前，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸進(jìn)行確定，而后依據(jù)豎向荷載和粗略估計(jì)的水平地震作用力，確定框架梁柱的截面尺寸，最后計(jì)算出剪力墻的數(shù)量。

依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第8.1.3的規(guī)定，剪力墻承受的地震傾覆力矩不應(yīng)少于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%的情況下，才能按照框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是在這一前提下才能夠進(jìn)行構(gòu)建的，并且能夠發(fā)揮出其自身的特性。在剪力墻承受的地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%的情況下，力墻的數(shù)量偏少，應(yīng)適當(dāng)增加剪力墻的數(shù)量。

當(dāng)前，我國(guó)相關(guān)規(guī)定對(duì)剪力墻的合理數(shù)量并沒有明確的給出規(guī)定，在數(shù)量的確定時(shí)，通常是依照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中3.7.3規(guī)定的結(jié)構(gòu)的層間位移角不超過(guò)限值來(lái)確定剪力墻的數(shù)量的。

有研究對(duì)已經(jīng)建成的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出房屋底層剪力墻截面面積、柱截面面積和底層樓面面積之間的關(guān)系如表1所示。這些關(guān)系能夠計(jì)算出剪力墻的面積與厚度，從而能夠?qū)袅Φ拈L(zhǎng)度進(jìn)行推算。

3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)辦公樓的設(shè)計(jì)方法問(wèn)題

3.1 了解結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在進(jìn)行框架-剪力墻結(jié)構(gòu)辦公樓的設(shè)計(jì)前，需要對(duì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行充分的認(rèn)識(shí)和了解。首先，對(duì)于框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)等基礎(chǔ)知識(shí)非常熟悉，并且對(duì)相關(guān)的建筑規(guī)范能夠了解和靈活的應(yīng)用。例如，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)它作為建筑中的平面構(gòu)件，承受水平作用力，同時(shí)還會(huì)承擔(dān)豎向符合，在剪力、彎矩的復(fù)雜狀態(tài)下進(jìn)行工作，在承受水平的作用力時(shí)類似在底部鉗入了懸臂深梁，平面外的承受力是非常小的。

由此，可見，在進(jìn)行框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要滿足規(guī)定的強(qiáng)度條件，并且通過(guò)概念的設(shè)計(jì)，對(duì)基本的構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，來(lái)控制結(jié)構(gòu)中較為薄弱環(huán)節(jié)的變形能力。而如果對(duì)一般的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是非常了解的，能夠通過(guò)剪力墻的整體系數(shù)來(lái)對(duì)剪力墻所屬的類別進(jìn)行區(qū)分，那么就能夠根據(jù)剪力墻的不同類別的受力性能來(lái)對(duì)相關(guān)的構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中中，外縱墻是壁式框架，山墻是小開口墻或整體墻，而內(nèi)橫墻和內(nèi)縱墻是聯(lián)肢墻或小開口墻，針對(duì)性不同的結(jié)構(gòu)的受力特性和破壞形態(tài)來(lái)對(duì)不同剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)采取不同的、有針對(duì)性的構(gòu)造措施。

3.2 考慮結(jié)構(gòu)布置

在對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置上影響各個(gè)方向都均勻設(shè)置，這樣能夠是的不同的斷面受力也是均勻的，并且結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心盡量接近，這樣能夠減少地震作用力上建筑物發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在如果辦公樓空間形狀長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，需要在長(zhǎng)度的兩端來(lái)設(shè)置縱向的剪力墻，并且電梯、樓梯井部位的抗側(cè)力核心區(qū)墻體及樓面梁板剛度應(yīng)當(dāng)保證。在辦公樓的房間四角需要采用“L”形墻，內(nèi)墻用用“T”“+”型墻，盡量避免出現(xiàn)“一”字墻。在平面結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)中的布置應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)的規(guī)范，豎向斷面的尺寸的改小、混凝土強(qiáng)度的降低不能同時(shí)進(jìn)行，在進(jìn)行布置的時(shí)候要將兩者錯(cuò)開，防止1～2層樓的應(yīng)力突變過(guò)大。

在結(jié)構(gòu)布置的總體設(shè)計(jì)總需要對(duì)多道的抗震防線進(jìn)行考慮，遵循“小震不壞、設(shè)防震烈度可修、大震不倒”的原則，然后針對(duì)局部的強(qiáng)度變形進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)算，通過(guò)結(jié)構(gòu)布置的相關(guān)措施來(lái)提高框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形能力。

3.3 提高結(jié)構(gòu)延性

結(jié)構(gòu)的延性指的是在承受力沒有顯著下降的情況下，結(jié)構(gòu)所承受的變形能力。結(jié)構(gòu)的延性能夠很好的反應(yīng)出變形能力和抗震性能，結(jié)構(gòu)的延性好，那么結(jié)構(gòu)的變形能力和抗震性能就越好。所以在進(jìn)行辦公樓框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)于需要對(duì)重點(diǎn)和關(guān)鍵部位的構(gòu)建進(jìn)行延性的提高措施。比如在實(shí)際設(shè)計(jì)中，平面位置上要注意辦公樓附近轉(zhuǎn)角和復(fù)雜平面相交處的構(gòu)件的延性，豎向位置上注意可能會(huì)出現(xiàn)塑形變形的薄弱樓層的桿件延性，重點(diǎn)應(yīng)強(qiáng)化底層桿件延性。對(duì)于框支剪力墻結(jié)構(gòu)，著重強(qiáng)調(diào)的是底層框架結(jié)構(gòu)部位的延性，使得剛度突變部位的桿件延性增強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，著重對(duì)剪力墻數(shù)量問(wèn)題以及相關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了探討。在對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)剪力墻的數(shù)量進(jìn)行合理的確定，通過(guò)正確的設(shè)計(jì)方法有利于使斷面受力均勻，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延伸性。

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