淺談少量剪力墻框架結構在設計中的應用

【摘要】本文以實際工程為例，結合PKPM軟件進行分析，分析結果表明在結構底部若干層樓電梯處設置少量剪力墻，能提高結構抗側剛度，減小結構的層間位移角及位移比，降低扭轉效應，改善結構抗震性能。并建議少量剪力墻框架結構分析計算中除應考慮剪力墻與框架的協同工作，還應考慮按純框架結構進行計算，最后框架部分取兩種工況的包絡值進行配筋設計。

【關鍵詞】少量剪力墻；框架結構；層間位移角；位移比；包絡設計

鋼筋混凝土框架結構由于其靈活的空間分隔性，較好的經濟性以及能就地取材的優點，在實際工程建設中得到了廣泛應用，但有些框架結構體型較為特殊，經試算不能滿足有關規范對于彈性層間位移角及位移比的要求，要加大梁柱截面較多才能實現體系位移的改善，經濟性差。此時在合適的部位設置極少量的剪力墻，例如布置在結構剛度較弱處或樓、電梯間處，則較為容易實現對結構位移的把控。然而，對于含少量剪力墻的框架結構，我國《高層建筑混凝土結構設計規程（JGJ3-2010）》[1]第8.1.3條僅做了一般性規定，沒有對具體的控制指標給予量化，使得施工圖設計、審查均無據可依。而《建筑抗震設計規范（GB50011—2010）》[2]第6.2.13條第四款中，也僅對框架部分地震剪力值的計算做出了規定。因此，本文僅結合實際的工程實例，淺談少量剪力墻框架結構在設計中的應用。

1、對少量剪力墻框架結構的認識

設置少量剪力墻并沒有改變結構形式，是帶有少量剪力墻的框架結構，屬于一種特殊的框架結構形式，但仍是框架結構。由于剪力墻較少，同時不是主要的抗側力結構，在風荷載或者地震作用較小時，剪力墻輔助提供其彈性剛度Ew Iw，使得設置少量剪力墻后的框架結構能滿足規范對框架結構的彈性層間位移角及位移比的要求。在設防烈度地震及罕遇地震時，基于剛度分配原則，剪力墻率先吸引了大部分的地震作用，使得剪力墻塑性開展，出現裂縫而剛度退化，不能成為第一道抗震防線；同時由于剪力墻自身的剛度大，這就決定了剪力墻不可能成為第二道防線，故剪力墻只需滿足“小震不壞”的要求。而在罕遇地震時，大震作用下剪力墻開裂剛度退化，使得框架和剪力墻之間的塑性內力重分布，進而讓框架成為主要抗側力構件。此時雖然整體結構剛度有所削弱，受到的地震作用及吸收的地震能量也隨之減少，但框架部分承擔的地震作用反而有可能增大，在設計計算時需引起足夠的重視，故對這類框架結構，建議必須先按純框架結構進行計算，再考慮按框架與剪力墻協同工作進行計算，最終進行包絡設計。

2、工程實例與分析

某辦公樓為五層框架結構，結構高度約為23.2m，工程抗震設防類別為丙類，位于福州市閩侯地區，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g，設計地震分組為第二組，三類場地，一層及二層結構平面布置圖如圖1、2所示，結構立面示意圖如圖3所示。

設計兩個方案進行比較研究，方案一：均布置普通框架梁柱。方案二：僅在一層和二層的1軸和7軸樓梯間處布置剪力墻（詳圖1及圖2），其余部位均布置普通框架梁柱。方案一和方案二均采用PKPM軟件電算。

上述兩種方案經電算后，不同工況下最大層間位移角計算結果如表1，不同工況下最大層間位移與平均層間位移的比值計算結果如表2。

由表1可知，純框架方案和少量剪力墻框架方案的最大層間位移角都在Y雙向地震作用工況下，但兩者相比，加了少量剪力墻后，最大層間位移角由1/673降低至1/716，降低了6%。究其原因，由于設置了少量的剪力墻，提高了結構的抗側剛度，改善了結構的抗震性能，故使得最大層間位移角減小。

由表2可知，純框架方案和少量剪力墻框架方案的最大層間位移與平均層間位移的比值都在Y-偶然偏心地震作用工況下，但兩者相比，加了少量剪力墻后，最大位移比由1.51降低至1.37，降低了9.27%。而位移比與扭轉效應有關，反映的是結構實際存在的扭轉量，設置了少量剪力墻，降低了結構的扭轉效應。究其原因，由圖1可知，本工程屬于長寬比較大的長矩形平面，當長寬比超過一定數值時，結構的扭轉效應便表現得比較明顯，故本工程采用純框架結構時，Y-偶然偏心地震作用工況下位移比不能滿足規范要求，結構抗震性能很差。

3、結論與展望

本文通過論證，得出以下結論：一是少量剪力墻框架結構分析計算中除應考慮剪力墻與框架的協同工作，還應考慮按純框架結構進行計算，最后框架部分取兩種工況的包絡值進行配筋設計。二是僅需在結構底部幾層設置少量剪力墻，便能提高結構抗側剛度，減小結構的層間位移角及位移比，降低扭轉效應，改善結構抗震性能。

對今后少量剪力墻框架結構的研究，筆者希望可通過試驗對剪力墻的剛度退化規律進行研究，分析少量剪力墻框架結構層間位移角與剛度退化的關系，并將其應用到之后的結構分析中。

參考文獻：

[1]JGJ 3-2010， 高層建筑混凝土結構設計規程[S].中國建筑工業出版社，2010.

[2]GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].中國建筑工業出版社，2010.

作者簡介：

趙捷（1990-），女，碩士研究生，工程師，房地產開發及工程管理。