浅谈设置少量框架柱的剪力墙结构0.2V0调整的应用

浅谈设置少量框架柱的剪力墙结构0.2V0调整的应用
1. 工程概况
本项目为地下一层，地上18层的高层住宅，主要屋面高度为54.00m，地处广西梧州，当地抗震设防烈度为6度，地震分组为第 1 组，基本加速度值为0.05g，抗震设防类别均为丙类，按6度抗震构造。

建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值tg＝0.45s。

风荷载基本风压值按50年重现期风压采用W0=0.3KN/m2。

地面的粗糙度为B类，风荷载体形系数取µS=1.4。

2. 结构体系与布置
本工程采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为四级。

负一层剪力墙墙厚为250mm、300mm，首层及以上各层墙厚为200mm。

在不影响建筑外观的前提下，标准层竖向构件采用少量突出室外的结构柱替代剪力墙，以达到减少结构自重，获得更佳经济效益。

（注明：只能设置少量结构柱，控制框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%，避免框架部分承受的地震倾覆力矩过大，导致结构体系变化为框架-剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级提高），三层及标准层结构布置图如下：
3. 问题的提出与分析
根据《高规》8.1.3条文解释，当框架部分承担的倾覆力矩不大于结构总倾覆力矩的10%时，剪力墙抗震等级按剪力墙结构的规定执行，框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计，也就是说需要进行《高规》8.1.4条的剪力调整。

本工程地下室建筑面积远超于主塔楼的建筑面积、地下室的框架柱数量也远多于主塔楼范围内的框架柱，故采用SATWE软件试算时，指定0.2V0调整分两段进行（地下室为一段、首层及首层以上为一段），调整上限系数最大值改为10。

SATWE计算程序自动算出了各层的0.2V0调整系数（表1，以X向为例），并以此对主楼各层剪力进行调整。

0.2V0调整分两段进行的SATWE计算结果表1（单位kN）
根据《高规》8.1.4条文要求，框架总剪力调整时，各楼层框架总剪力应按0.2V0X和1.5Vfxmax二者的较小值采用，本工程未经调整的二层框架承担的地震总剪力值最大（Vfxmax =103.700kN）且比上部楼层的框架剪力大了不少，而0.2V0X=239.74kN、1.5Vfxmax =1.5X103.70=155.55kN，1.5Vfxmax<0.2Q0X，。

各楼层框架总剪力按1.5乘以未经调整的二层框架承担的地震总剪力采用，因此上部楼层的剪力调整系数很大。

各层剪力调整系数从表1可以看出，如17层，调整系数达到了10。

0.2V0调整是针对框架柱及与框架柱相连的框架梁的剪力和弯矩，这样导致该楼层与框架柱相连的框架梁超筋。

17层局部梁配筋见下图：
经分析发现塔楼首层、二层大堂出入口增设了三根框架柱支撑门斗屋面，首层和二层的框架柱数量为七个、二层以楼层的框架柱数量为四个，两者数量相差一倍，这样符合高规规定的分段调整条件，而初步试算时没有对此作分段调整显然不合理，因此指定0.2V0调整分三段进行（地下室为一段、首层及二层为一段、二层以上为一段）重新计算，计算结果见表二。

0.2V0调整分三段进行的SATWE计算结果表2（单位kN）
对比表1和表2，十七层框架部分剪力调整后的数值相差155.55-87.514=68.04kN，这样导致该楼层与框架柱相连的框架梁纵筋及箍筋减少、超筋的现象也不存在了。

需要指出梁配筋减少对地震发生时塑性铰出现在梁端、实现结构延性的目标是有好处的。

17层局部梁配筋见下图：
4 结语
综上所述，对于设置少量框架柱的剪力墙结构，框架部分的剪力调整应当严格遵守规范，当Vf<0.2V0时要根据工程实际情况认真分析，对框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，框架部分应分段进行剪力调整，以避免不必要的浪费。

同时有许多，并不是框架梁配筋越多越好，这一点对结构设计人员是非常重要的。

参考文献
[1] 《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）
[2] 《建筑抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）
[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）
[4] SATWE 多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册。