少墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的分析

蘇明于 王惠艷

天津豐和建筑設(shè)計(jì)有限公司

少墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題的分析

蘇明于 王惠艷

天津豐和建筑設(shè)計(jì)有限公司

在八度地震區(qū)，多層和小高層建筑采用少墻框架結(jié)構(gòu)，既可減小框架柱截面，又能滿足彈性層間位移角限值要求。但規(guī)范未對(duì)少墻框架結(jié)構(gòu)中的框架及剪力墻予以量化說(shuō)明，本文針對(duì)少量框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易困惑的問(wèn)題給予了分析，并提出了幾點(diǎn)處理措施。

少墻框架；包絡(luò)設(shè)計(jì)；層間位移角；超筋

1 前言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，城市建筑結(jié)構(gòu)體系越來(lái)越多樣化。由于八度地震區(qū)較高的地震力，多層和小高層建筑經(jīng)常采用少墻框架結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系既可減小框架柱截面，又能滿足彈性層間位移角限值要求。但是少墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些亟須解決的問(wèn)題。

2 少墻框架結(jié)構(gòu)的概念

依據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，框剪結(jié)構(gòu)中當(dāng)框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩超過(guò)總地震傾覆力矩的80%時(shí)，按框架-剪力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，最大適用高度不宜超過(guò)純框架結(jié)構(gòu)。框架部分的軸壓比限值和抗震等級(jí)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)執(zhí)行，剪力墻部分的軸壓比限值和抗震等級(jí)宜按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)執(zhí)行。由于框架部分承擔(dān)了絕大部分的地震作用，工作性能非常接近于純框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式屬于少墻框架結(jié)構(gòu)。

設(shè)置少量剪力墻在理論上并沒(méi)有改變結(jié)構(gòu)體系，仍屬于框架結(jié)構(gòu)；在少墻框架結(jié)構(gòu)中，框架是主要的抗側(cè)力構(gòu)件。在風(fēng)載或地震作用很小時(shí)，剪力墻僅提供彈性剛度，以減少框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角。在設(shè)防烈度地震及罕遇地震時(shí)，剪力墻塑性開(kāi)展，剛度退化。在剪力墻很少的框架結(jié)構(gòu)中，剪力墻不能成為第一道防線。

3 少墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

少墻框架結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于八度地震區(qū)，由于地震作用的隨機(jī)性和場(chǎng)地類別的多樣性，計(jì)算模型與實(shí)際工程也存在一定的差異，對(duì)于少墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾方面：

（1）少墻框架中墻的布置要盡量均勻?qū)ΨQ布置，以便降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。在實(shí)際工程中如果不能做到對(duì)稱布置，要盡量使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心接近，從而來(lái)減少水平荷載所引起的扭矩。少墻框架的剪力墻應(yīng)盡量布置在樓梯間、電梯間、平面形狀變化明顯的地方，同時(shí)剪力墻之間要保持一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g距。少墻框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用雙向抗側(cè)力體系，保證少墻框架結(jié)構(gòu)在縱、橫兩個(gè)方向上能有相近的抗側(cè)強(qiáng)度。

（2）結(jié)構(gòu)分析計(jì)算應(yīng)考慮剪力墻與框架協(xié)同工作，其框架部分的計(jì)算應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)模型和框剪結(jié)構(gòu)模型二者計(jì)算結(jié)果中的較大值。規(guī)范雖未明確要求要按純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算，但對(duì)這一特殊的框架結(jié)構(gòu)，極限承載力、彈塑性變形限值均應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此，按純框架結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行的補(bǔ)充計(jì)算是非常必要的。

（3）關(guān)于剪力墻部分的設(shè)計(jì)，一般采用兩種方案：一種是“放”，一種是“強(qiáng)”。“放”的原則是按框架-剪力墻協(xié)同工作計(jì)算，剪力墻的抗震等級(jí)可以采用四級(jí)，剪力墻僅按構(gòu)造要求配筋。設(shè)置剪力墻的主要目的是減小框架結(jié)構(gòu)的彈性位移，使其滿足規(guī)范對(duì)彈性層間位移角限值要求，可不考慮剪力墻的承載能力，剪力墻僅需滿足豎向承載力要求，可按構(gòu)造要求配筋；“強(qiáng)”的設(shè)計(jì)原則是按框架-剪力墻協(xié)同工作計(jì)算，剪力墻的抗震等級(jí)宜按框剪結(jié)構(gòu)確定，并按計(jì)算結(jié)果配筋設(shè)計(jì)；第二種方案也是審圖中心經(jīng)常提出的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)就是規(guī)范要求考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作。

4 少墻框架結(jié)構(gòu)的層間位移角限值

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，層間位移角限值是一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)，為了保證結(jié)構(gòu)的承載力和舒適度要求，結(jié)構(gòu)必須有足夠的剛度以避免產(chǎn)生過(guò)大的位移。規(guī)范要求鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值分別為1/550和1/800，彈塑性層間位移角限值分別為1/50和1/100。

筆者認(rèn)為對(duì)于少墻框架結(jié)構(gòu)，層間位移角控制指標(biāo)宜按底層框架部分承擔(dān)傾覆力矩（Mc）與總傾覆力矩（Mo）的比值確定，在框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)層間位移角控制指標(biāo)之間適當(dāng)插值。如表1所示：

表1 少墻框架層間位移角限值

5 少墻框架結(jié)構(gòu)超筋問(wèn)題的解決

在八度地震區(qū)，為了控制少墻框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值，經(jīng)常導(dǎo)致墻、柱的配筋特別大，甚至出現(xiàn)超筋的情況。對(duì)于這種超筋情況，加大墻柱截面尺寸并不是最好的解決方法，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致超筋更嚴(yán)重。為了避免剪力墻和框架柱超筋，可采用以下措施：首先通過(guò)調(diào)整剪力墻的布置，使剪力墻和框架均勻分擔(dān)地震剪力，應(yīng)避免某片區(qū)域剪力墻承擔(dān)的地震剪力過(guò)于集中；其次底層框架柱截面不宜過(guò)小，應(yīng)保證底層框架柱承擔(dān)的傾覆力矩不少于總傾覆力矩80%，這樣可減少剪力墻分擔(dān)的地震剪力。

當(dāng)剪力墻出現(xiàn)少量超筋情況不可避免時(shí)，應(yīng)采用截面的最大配筋率來(lái)進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮剪力墻的承載能力。對(duì)抗剪不超筋而抗彎超筋的剪力墻，按計(jì)算要求配置剪力墻的水平及豎向分布鋼筋，按剪力墻端部最大配筋要求配置端部縱向鋼筋。對(duì)抗剪超筋的剪力墻，按剪力墻的剪壓比等于2.5時(shí)確定剪力墻的抗剪承載力并確定墻的水平鋼筋；按強(qiáng)剪弱彎確定墻的豎向鋼筋。如果剪力墻與框架柱相連，可采用剪力墻和框架柱整體配筋，豎向鋼筋總配筋率不應(yīng)超過(guò)5%。

6 結(jié)論

本文論述了少墻框架結(jié)構(gòu)的概念，在多遇地震作用下，當(dāng)?shù)讓涌蚣懿糠殖袚?dān)的地震傾覆力矩超過(guò)結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩80%時(shí)，可將這種框架-剪力墻結(jié)構(gòu)歸為少墻框架結(jié)構(gòu)。最大層間位移角限值應(yīng)依據(jù)底層框架部分承擔(dān)總傾覆力矩百分比確定，在1/550和1/800之間適當(dāng)插值。

框架部分應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，剪力墻部分剛度僅需滿足位移限值要求，承載力應(yīng)通過(guò)構(gòu)造措施適當(dāng)加強(qiáng)以避免開(kāi)裂。少量框架結(jié)構(gòu)中剪力墻配筋往往很大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量均勻布置多片小墻肢，以避免剪力墻超筋。如無(wú)法避免剪力墻少量超筋，應(yīng)采用剪力墻和框架柱整體配筋。

[1]林詠梅.少墻框架結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2016(4).

[2]程熙,周德源,薛志萍.含少量抗震墻的RC框架結(jié)構(gòu)位移限值探討[J].結(jié)構(gòu)工程師,2013(2).

[3]王艷廣.少墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及實(shí)施對(duì)策[J].城市建筑,2015(7).

[4]朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.