某框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題分析

韓佳 雷珂娜

陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 陜西西安 710018

1 工程概況

本工程為一辦公樓，所處地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度（0．2g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。該建筑地上八層，地下一層。一層為門廳、辦公室及配套用房，走道連接的一側(cè)裙房為指揮中心；二層-八層為辦公室和會(huì)議室，各層平面布置靈活，采用框剪結(jié)構(gòu)。建筑平面長(zhǎng)84m,寬15m，結(jié)構(gòu)主體總高33．0m。

2 分區(qū)段劃分結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別

根據(jù)建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，該辦公樓為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑，但通過(guò)走道與之連通的指揮中心屬于重點(diǎn)設(shè)防類建筑?？拐鹪O(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)3．0．1條規(guī)定：建筑各區(qū)段的重要性有顯著不同時(shí)，可按區(qū)段劃分抗震設(shè)防類別[1]。分區(qū)段劃分包括平面使用功能不同確定為不同區(qū)段、上下使用功能不同確定為不同區(qū)段。該辦公樓二層以上為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，其剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架抗震等級(jí)為二級(jí)；一層應(yīng)劃分為重點(diǎn)設(shè)防類，根據(jù)下部區(qū)段抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于上部區(qū)段的原則，地下室也為重點(diǎn)設(shè)防類，這兩層的剪力墻和框架抗震等級(jí)均為一級(jí)。

3 框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先是整體結(jié)構(gòu)布置：按照多道防線設(shè)計(jì)概念，框架與剪力墻的數(shù)量應(yīng)匹配，高規(guī)指出框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩應(yīng)占結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%-50%較合理，所有相關(guān)設(shè)計(jì)按照框-剪結(jié)構(gòu)采用。該工程X、Y向傾覆力矩占比分別為28．9%、19．8%（應(yīng)查看計(jì)算嵌固端處傾覆彎矩）。為確保結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該控制墻體數(shù)量，因?yàn)榭蚣芗袅?yīng)滿足Vf≥0．2V0的要求，否則要進(jìn)行剪力調(diào)整，調(diào)整過(guò)大說(shuō)明墻體過(guò)多。本工程X向僅有一層需要調(diào)整，調(diào)整系數(shù)為1．02；Y向有7層需要調(diào)整，調(diào)整系數(shù)為1．070-1．847，但結(jié)構(gòu)Y向剛度較小，繼續(xù)減少墻體會(huì)使整體位移不滿足要求。剪力墻的布置宜雙向均勻，優(yōu)先分布在結(jié)構(gòu)周邊及凸出部分，不應(yīng)集中在某個(gè)部位，如在結(jié)構(gòu)中間的交通核處集中布置剪力墻會(huì)引起整個(gè)結(jié)構(gòu)振型以扭轉(zhuǎn)為主，應(yīng)將此部分墻體用連梁斷開(kāi)成若干小墻肢，削弱其剛度。在不影響建筑使用功能前提下，應(yīng)盡量分散的布置墻體，框剪結(jié)構(gòu)中墻體時(shí)常厚至400mm以上，以滿足位移指標(biāo)。梁的布置對(duì)結(jié)構(gòu)也有較大的影響：當(dāng)結(jié)構(gòu)一個(gè)方向偏心較大時(shí)，調(diào)整邊梁高度是很有效的方法，因此看似對(duì)稱的結(jié)構(gòu)兩側(cè)梁高常會(huì)有差異?？蛄航孛鎸挾葢?yīng)與柱截面相匹配，適當(dāng)加寬梁截面既能保證梁柱中心偏心距小于1/4柱寬，也利于配筋時(shí)鋼筋排布。

其次是解決施工圖計(jì)算階段最常見(jiàn)的超筋超限問(wèn)題：軸壓比超限通常需要增大截面，柱全截面配筋率若超限較多需增大截面，超出不多時(shí)可以調(diào)整梁高以減少柱承擔(dān)的地震力。梁剪壓比超限可以通過(guò)設(shè)置雙梁來(lái)提高抗剪能力，配筋率超限通常加寬截面解決，框剪結(jié)構(gòu)中框梁最寬可以比柱截面窄100mm?？蛄阂欢酥ё鶠橹硪欢藶閴r(shí)應(yīng)將框梁延伸入墻內(nèi)形成邊框梁[2]。在甲方允許的前提下，提高混凝土標(biāo)號(hào)可同時(shí)提高梁柱的抗剪能力，也能節(jié)約材料符合綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

4 溫度作用分析

該結(jié)構(gòu)X向長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于混凝土結(jié)構(gòu)45-55m設(shè)置伸縮縫的要求，故采用盈建科軟件計(jì)算溫度作用的影響。本工程地處陜西省西安市，由荷載規(guī)范查的：最高月平均氣溫為39℃，最低月平均氣溫為-7℃。根據(jù)中國(guó)天氣網(wǎng)查得西安市1-12月的月平均氣溫分別為：-0．1、2．9、8．1、14．7、19．8、24．8、26．6、25．3、19．9、13．9、6．9、1．3（℃）。設(shè)計(jì)中指定結(jié)構(gòu)合攏避開(kāi)6-8月溫度較高的時(shí)間，則合攏溫度區(qū)間為-0．1在19．9℃?；炷翝仓?80d后混凝土收縮完成90%以上，剩余收縮量可折算為-3．3℃的當(dāng)量溫差。升溫使水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生壓應(yīng)力，故僅考慮降溫作用。該結(jié)構(gòu)地上部分承受最大降溫為-30．2℃；鑒于地下室與室外溫度通常相差5-10℃，地下室最低氣溫取為0℃，最大降溫為-23．2℃。程序中考慮混凝土結(jié)構(gòu)的徐變作用，將溫度效應(yīng)折減系數(shù)設(shè)置為0．3。

計(jì)算結(jié)果表明：地下一層由于基礎(chǔ)嵌固作用，降溫后變形受到較強(qiáng)約束，內(nèi)力較大，嵌固端以上各層應(yīng)力逐漸減小，三層以上溫度應(yīng)力可以忽略。地下室墻水平應(yīng)力較大，呈中間大兩頭小趨勢(shì)，外墻中部應(yīng)力達(dá)2．6MPa。一層及二層中部梁X向軸力最大分別達(dá)599KN、485KN，由受彎構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘潣?gòu)件。各層樓板溫度應(yīng)力除局部墻頭及洞口處，變化趨勢(shì)亦呈中間大兩頭小，一層中間區(qū)域應(yīng)力為1．8-3MPa，二層最大為1．7MPa，三層最大為0．8MPa，四層及以上板內(nèi)溫度應(yīng)力幾乎可以忽略。

5 結(jié)論及設(shè)計(jì)建議

建筑功能復(fù)雜時(shí)，在設(shè)計(jì)前應(yīng)先明確其安全等級(jí)、抗震設(shè)防類別。對(duì)各區(qū)段的重要性有顯著不同時(shí)，可按區(qū)段劃分設(shè)防類別，且下部區(qū)段的類別不應(yīng)低于上部區(qū)段?？?剪結(jié)構(gòu)體系中盡量沿周邊、均勻分散的布置墻體，并采取調(diào)整梁高等措施，使框架部分承擔(dān)地震傾覆彎矩的比例在10%-50%之間，并控制框架剪力調(diào)整系數(shù)不大于2。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫時(shí)，應(yīng)計(jì)算溫度作用。根據(jù)計(jì)算結(jié)果核查地下室墻配筋；嵌固端附近樓層的樓板長(zhǎng)向應(yīng)雙層配筋，并根據(jù)溫度計(jì)算結(jié)果加強(qiáng)洞口周圍配筋；長(zhǎng)向梁按照偏拉構(gòu)件要求設(shè)置腰筋，并按受拉錨于豎向構(gòu)件中；構(gòu)件配筋按照考慮溫度作用的基本組合與地震作用下的基本組合包絡(luò)設(shè)計(jì)[3]。此外還應(yīng)合理設(shè)置后澆帶，控制后澆帶澆筑時(shí)間以減少混凝土收縮，盡量避開(kāi)溫度高的時(shí)間合攏，降低初始溫度，減小溫度作用。