框架剪力墙结构的抗震理解和设计体会

浅谈框架剪力墙结构的抗震理解和设计体会

摘要：通过对某一具体工程的设计选型，介绍了一种适于高层办公建筑的框架剪力墙结构体系，并简述这种结构体系的构成、特点、设计注意事项。

关键词：高层办公；框架剪力墙；经济合理

中图分类号：tu973+.31 文献标识码：a 文章编号：

工程概况

山东省济宁市嘉祥县冠亚上城e区高层办公楼，主体结构地下一层，地上十三层，平面尺寸56.0mx51.2m，建筑高度48.60m，建筑总面积26506.4m2，建筑占地面积2006.2平方米。平面呈l形，凸出长度较大，凸出长度与最大宽度比为0.58。基础形式为墙下、柱下桩承台基础。建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为标准设防类，结构型式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，结构抗震等级框架为四级，剪力墙为三级，抗震设防烈度：6度第二组。

二、方案优选

在公共建筑设计中，为满足地块格局及内部空间设计的要求，建筑物平面不规则的情况比较常见。在对已经建好或在建的平面不规则的公建进行了调查之后发现，大部分采用框架、框架-剪力墙或纯剪力墙结构型式。

我们对上述结构型式进行了研究，发现了以下一些主要问题：（1）针对l形平面的不利情况，若采用纯剪力墙结构自然对结构有利，毕竟剪力墙的抗侧刚度大，可以构成整体抗侧力很强的体

系，对较高建筑抗震特别有利。但办公楼要求大空间，建筑平面布置灵活，以及一、二层商业店铺的要求，剪力墙布置不宜过多。这种结构形式限制了建筑上的灵活多变，而且造价也会增大，并非是理想的方案。

（2）若采用纯框架结构，因公共建筑一般柱跨大，且荷载也较大，对l形平面建筑，其结构扭转和层间位移较大，通过增加框架梁柱截面的方式来满足抗侧刚度的要求，柱、梁的尺寸都比较大，影响后期的装修使用，建筑净空的要求、设备管线的布置等都会受影响，此种方案也是不可行的。

（3）框架-剪力墙结构的特点是框架结构和剪力墙结构体系的结合，在框架结构中的部分跨间布置剪力墙，或把剪力墙结构中的部分剪力墙抽掉改成框架承重，既为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能，同时还可充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。

从以上三种方案计算结果分析可以看出，无论是结构受力还是经济指标，第三方案均为最优方案。

三、计算结果分析

对框架-剪力墙结构的设计计算，采用三维杆-系薄壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法。本方案内力分析采用三维空间有限元分析软件satwe程序计算。针对建筑平面的不规则性，以端部的两个竖筒及角部的剪力墙作为主要抗侧力体系，来满足结构的刚度要求。satwe后处理中查看本工程结构文本输出文件结果如下：

1．x 方向的有效质量系数:98.10%

y 方向的有效质量系数:98.75%

x向楼层最小剪重比：1.74%

y向楼层最小剪重比：1.57%

两个方向有效质量系数均超过90%，说明计算振型数够了。两个方向的楼层最小剪重比均满足楼层最小剪重比0.8%(6度区)的要求。

2．自振周期结果如下：

结构以扭转为主的第一自振周期t3＝1.2249s，以平动为主的第一自振周期t1＝1.7123s，t3/t1＝0.715＜0.9，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3-2002）（以下简称《高规》）第4.3.5条的规定。

3．在选择“强制刚性楼板假定”条件下

最大值层间位移角

x方向最大值层间位移角:1/1974.

y方向最大值层间位移角:1/1730.

满足《高规》4.6.3条最大值层间位移角≤1/1000的规定。

最大位移与层平均位移的比值、最大层间位移与平均层间位移的比值

x方向最大位移与层平均位移的比值: 1.23最大层间位移与平均层间位移的比值: 1.23

y方向最大位移与层平均位移的比值: 1.25最大层间位移与平均层间位移的比值： 1.25

满足《高规》4.3.5条最大位移层间位移和与层平均值的比值a 级高度高层建筑不宜大于1.2，不应大于1.5的规定。

4.本工程框架柱地震倾覆弯矩百分比如下：

框架柱承受的底部地震倾覆弯矩均小于总底部地震倾覆弯矩的50%，满足《高规》8.1.3条规定。

5.x，y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者：七层ratx1=1.5051，raty1= 1.4156均大于1，满足《高规》4.4.2条规定。

四、在设计有关框架-剪力墙结构时应注意的一些问题

在设计时，要加强对计算结果合理性判断，特别要加强概念设计。在符合规范要求的情况下，对一些不利部位加强抗震构造措施。1．根据建筑平面的布置，以电梯井筒和四个角部的剪力墙作为主要的抗侧力构件；另外在内凹角处，为防止局部振动引起的破坏，增加剪力墙，考虑刚心和质心的影响，相应的调整剪力墙的布置，然后试算、调整，最后确定结构布置。

.框架-剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处

的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加强其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。

针对l形平面的不利，补充45度方向水平地震力作用验算，45度方向周期、振型和楼层位移均符合规范要求。

另外在满足承载力需求的前提下，优化混凝土强度等级和柱截面，同时，考虑凸出部分楼板加厚、加强配筋，内凹角处增设斜向钢筋，以防因局部振动引起的破坏，以达到安全、合理、经济的目的。

2．《建筑抗震设计规范》（gb50011-2010）（以下简称《抗规》）第6.1.3条对少量剪力墙的框架结构和框架-剪力墙结构的划分作出了新的规定，使少量剪力墙的框架结构的范围进一步扩大。在对布置少量剪力墙的框架结构的定量把握上，《高规》及《建筑抗震设计规范》（gb50011-2010）（2008版）（以下简称《老抗规》）规定在基本振型地震作用下，框架承受的底部地震倾覆力矩占结构底部地震倾覆力矩总和的80%以上，结构为少量剪力墙的框架结构体系；框架承受的底部地震倾覆力矩占结构底部地震倾覆力矩总和的25%以下，结构为少量框架的剪力墙结构体系；两者之间的即为框架-剪力墙结构体系。

《抗规》第6.1.3条规定：“在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时即为设置少量抗震墙的框架结构。从而缩小了框架-剪力墙结构体系的应用范围，即框架承受的底部地震倾覆力矩占结构底部地震倾覆力矩总和的50%~25%之间，结构为框架-剪力墙结构体系。

五、结语