少墻框架—剪力墻結構抗震設計探討

丁 鋒

（新疆維吾爾自治區建筑設計研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

高層以及多層建筑對建筑結構設計提出了更高的要求，而傳統的框架、剪力墻以及二者結合的結構體系在設計實踐中都存在一定的不足之處。例如框架結構雖然在布置上有較高的靈活性，然而其結構剛度以及抗側能力均難以滿足高層建筑的抗震要求，特別是當采用了不規則柱網的設計時，其產生位移的概率增加，進一步影響了建筑結構的穩定性。而采用框剪結構設計時，雖然其剛度和抗側性能有所提高，具有更好的抗震性能，但是其受建筑空間的限制比較大，給建筑空間布局增加了困難，因此需要設計人員在充分了解各種結構形式特點的基礎上，嚴格遵守抗震設計規范，結合建筑工程的實際需要，靈活的運用少墻框剪等結構體系，以提高建筑結構設計的合理性和科學性。

1 少墻框剪結構體系特點分析

一般來說，當受到水平荷載的影響時，普通框剪結構體系會通過連梁與樓板之間的相互連接使剪力墻以及框架形成一個能夠協同作用的整體結構，其變形曲線變化是一致的，同時，在剪力墻以及框架相互之間也有作用力存在，且作用力的方向以及大小會按照從上到下的規律發生一定的變化[1]。而剪力墻以及框架這二者實際各自的受力大小與其側向剛度比密切相關。通常框架結構的具體剪力分配以及側向位移與其剛度值之間的關系特征值用來λ表示，因此，λ也就是剪力墻以及框架結構之間的剛度比函數關系。

在少墻框架結構中，通常λ值是一個接近6的較大數值。而側向位移曲線主要呈現的是一種剪切位移曲線形式，其更接近于純框架結構，而非典型的框架結構的彎剪位移曲線。這主要是由于在少墻框剪結構的設計中，所設置的剪力墻數量比較少，剪力主要是由框架結構來承擔，同時該結構類型的特點是框架的最大剪力值位于其中下部，且頂部剪力值并不是0。

2 少墻框剪結構體系的基本抗震設計規范

2.1 準確判斷少墻框剪結構形式

在建筑結構的抗震設計中，設計人員首先要準確判斷該建筑所采用的結構體系是否屬于少墻框剪結構。根據我國相關設計規范中的規定，當建筑結構體系中的底層框架部分在水平作用力的影響下，作用于框架結構上的地震傾覆力矩值和該結構地震傾覆總力矩值之比μ是判斷建筑結構是否屬于少墻框剪結構的主要依據[2]。如果μ值在50%～80%范圍內時，說明該結構體系中的剪力墻數量比較少，應將其判定為強框架類型的框剪結構體系，而如果μ值超過了80%時，說明其屬于剪力墻數量比較少的少墻框架結構體系。

2.2 合理確定框剪剪力

在建筑結構的抗震設計中，如果采用的是少墻框架結構體系，設計人員應根據相關的抗震設計規范來合理確定其部分剪力值。地震剪力值的確定應根據框以及框架結構模型來進行綜合性的計算分析，并取計算結果中的最大數值作為設計參數。

通常在發生水平地震時，抗震的第一道防線主要是框剪結構中剪力墻，其會在大中型地震中在框架結構前遭到損壞。由于受塑性內力的重分布因素的影響，側向剛度分配給框架部分的剪力會超過在小震情況下的剪力值。所以設計人員應根據抗震設計規范中應對框剪結構采取二道防線的相關規定，在確定框架剪力時適當調整0.2V0[3]。

3 少墻框剪結構體系的抗震設計方法

在對少墻框剪結構進行抗震設計時，設計人員應盡量采用規則簡單的平面布置方式來均勻的布置剪力墻的結構平面，同時，在設計中采用雙向布置方式，沿橫縱主軸來進行結構設計，防止剪力墻平面在橫縱方向上產生剛度差異。此外，設計人員還應充分結合建筑工程圖紙，盡量在電梯間或者樓梯間的周邊位置設置剪力墻。抗震設計的一個重點環節是要保證質心應與剛心保持一致，這樣才能防止結構出現扭轉變形。

3.1 分析強框架結構的抗震設計方法

在對框剪結構中的強框架類型進行抗震設計時，設計人員應嚴格遵守框剪結構的相關設計規范。首先在確定框架部分的軸壓比限值以及抗震等級時，應采用框架結構的相關設計標準。如果建筑結構的設計高度大于框架結構適用高度的最大值時，設計人員應將框架結構適用高度的最大值作為確定框架抗震等級的參考依據[4]。而在確定剪力墻部分的抗震等級時，設計人員則應采用框剪結構的抗震設計規范和相關標準。

在強框架結構類型的框剪結構抗震設計中，其適用高度的最大值的可以在框架結構的基礎上進行適當的增加調整，而增加的幅度則應通過差值方法根據地震傾覆力對框架部分的實際影響來計算。如果地震傾覆力總力矩中的一半以上都作用于框架部分時，設計人員應根據框剪結構的抗震設計要求來確定其適用高度的最大值；如果作用于框架部分的地震傾覆力小于其總力矩的50%，則可以直接根據插值來進行設計。此外，設計人員還應嚴格按照框架結構的抗震設計要求來確定該結構的防震縫的寬度值。

3.2 分析少墻框架結構抗震設計的方法

在對少墻框架結構進行抗震設計時，設計人員應根據框架結構的抗震設計標準來確定其適用高度的最大值。要注意的是，在設計中以純框架模型為基礎來計算其彈性層之間的位移角時，如果位移角大于了設計規范中的1/550這一極值，則應適當降低其適用高度的最大值。同時，設計人員也應根據框架結構的抗震要求來確定該結構的防震縫寬度值。此外，在對位移角進行驗算的過程中，設計人員應以剪力墻協同框架工作所形成的框剪結構模型來進行計算分析，而為了提高該結構的抗震安全，在確定層間位移角時，應根據框架結構來確定其極值。

在少墻框架結構抗震設計中，設計人員可以根據工程實際情況參考包絡設計等方法來確定其框架部分所分配的地震剪力，而在對該結構進行計算分析時則應根據框剪結構或者純框剪結構來進行設計，以提高結構的抗震性能。設計人員應根據框架結構抗震設計規范中的相關規定來確定框架部分的軸壓比極值以及抗震等級等參數，并應以純框架模型來驗算層間在大地震條件下的塑彈性位移角，還應根據框剪結構的抗震要求來確定剪力墻的抗震等級，從而確保該結構具備對大震的抗震能力。另外，在剪力墻的配筋設計中，設計人員應分別按照剪力墻在不超筋、抗彎超筋以及抗剪超筋的不同情況來分別進行計算分析，并合理地設定布筋方式及配筋率。

4 結語

隨著我國建筑行業的發展，傳統的建筑結構形式已經無法滿足現代建筑的抗震要求，因此，需要對建筑結構設計理念以及結構形式進行創新。在建筑結構的設計工作中，設計人員應充分了解各種結構體系的特點，并在此基礎上結合建筑工程的實際抗震要求，嚴格遵守相關的抗震設計規范，靈活地運用少墻框剪等各種結構形式，提高結構布局的合理性，提高建筑結構的剛度以及抗側能力，增強建筑工程的整體抗震性能。