少量剪力墙的框架结构设计要点

少量剪力墙的框架结构设计要点

发表时间：2018-11-05T10:07:54.373Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第22期作者：朱丽平

[导读] 本项目位于深圳市，为九年一贯制学校，项目包含综合楼、中学部教学楼、小学部教学楼、体育场、网球场。

深圳市深汕投资服务有限公司广东.深圳 518000

摘要：本文以一配置了少量剪力墙的框架结构项目为例，从计算模拟分析以及结构措施处理等方面讨论配置少量剪力墙的框架结构其应用情景以及设计要点，以供类似工程参考。

关键词：框架结构、乙类建筑、少量剪力墙、设计要点。

一、项目描述

本项目位于深圳市，为九年一贯制学校，项目包含综合楼、中学部教学楼、小学部教学楼、体育场、网球场、教师宿舍楼等建筑物。本文以其中一栋教学楼为例，就配置少量剪力墙的框架结构进行设计讨论，就相关设计要点进行阐述。

二、设计要点：

项目位于广东省深圳市，抗震设防烈度为七度，学校建筑为乙类建筑，教学楼部分无地下室，主要基础型式为桩基础；本文重点其中小学宿舍楼为4层，建筑高度为15米，为回字型中空平面，多为单跨体系。

1、结构体系的选取：

根据楼栋高度以及建筑平面布置，考虑设计为钢筋混凝土框架结构型式，在适当不影响建筑使用功能的位置，布置部分剪力墙，在结构布置时尽量将这部分剪力墙分布在结构端部，以能较好地增加结构抗震性能。

根据《建筑工程抗震设防分类标准》[1]GB 50223-2008中第6.0.8条规定：“教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂，其抗震设防类别应不低于重点设防类。”所以本项目的中、小学教学楼属于乙类建筑；《建筑抗震设计规范》[2]GB 50011-2010中第6.6.6条规定：“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构。”通过以上两条相关规范的规定可知，本项目的中、小学教学楼不应采取单跨框架结构。

受限于建筑方案，教学楼为单跨结构，楼层数为四层，根据建筑布局，选取框架结构；但考虑规范相关规定，增加少量剪力墙，使之形成少量剪力墙的框架结构。

小学教学楼结构平面图

计算分析采取工程设计常用软件PKPM以及YJK进行对比，通过软件计算分析结果，具体情况如下：

第一阶段：当结构处于风荷载以及多遇地震作用下，此阶段主体结构基本处于弹性阶段，剪力墙数量虽较少，但由于剪力墙本身侧向刚度比框架的刚度大很多，在此阶段时框架同剪力墙基本处于协同工作状态，所以可将配置少量剪力墙的框架结构看作同一般的框架-剪力墙结构，按框架-剪力墙结构体系进行分析计算，各项指标及相关要求同框架-剪力墙结构的规定。

第二阶段：当结构处于设防烈度地震以及罕遇地震作用下时，随着荷载作用的增大，剪力墙开始出现裂缝，随着结构裂缝的发展，剪力墙的刚度会急剧退化；而另一方面，由于结构体系中所配置的剪力墙数量非常之少，整体剪力墙所能承担的受力有限，故少量剪力墙很难成为结构体系的第一道防线；随着结构所受荷载增大，少量剪力墙最初所承担的地震作用会迅速由框架结构来承担，故在此阶段，配置少量剪力墙的框架结构基本接近于纯框架结构体系，此时结构需要按照框架结构体系进行分析计算，为了保证结构安全，并应验算纯框架结构在罕遇地震作用下的弹塑性位移（即大震位移）。

根据以上分析过程可知配置少量剪力墙的框架结构在不同受力阶段时所呈现的力学表现以及受荷模式有所不同，为确保结构安全，在结构分析计算时应按两种结构体系分别计算，取包络值进行设计，即：按纯框架结构（不设置剪力墙）以及框架-剪力墙结构，分别满足两种不同结构体系的各项要求。

一般采取少量剪力墙的框架结构有两种情况：一是采取纯框架结构时，结构的地震位移角不能满足规范要求，此时通过配置适量剪力墙以改变其结构型式，使其成为框架-剪力墙结构，框架-剪力墙结构对于地震作用位移角限值要求较框架结构限值要求较大，故可以通过增加部分剪力墙改变结构型式后位移角满足规范要求，但须注意，此项成立前提为剪力墙所承受的结构倾覆力矩百分比应满足规范相关要求；二是当其地震位移角虽能满足规范要求，但规范对于其结构型式有要求，不应采取单跨结构，此时，只能通过提高结构的侧向刚度，

以减少结构在多遇地震作用下的变形，设置少量的钢筋混凝土剪力墙。在这里，设置少量剪力墙的目的在于适当改善框架结构的抗震性能。为确保结构安全，按纯框架结构和框架-剪力墙包络设计。为能保证结构安全，须按框架与剪力墙协同工作及纯框架结构分别计算，进行包络设计，取两者计算的最不利结果。对于第二种情况，须提前同审图单位作好沟通工作。

上述为配置少量剪力墙的框架结构对于结构体系的相关处理，此为设计过程中较易忽略的点，同时也是最重要的设计要点，本项目除此之外，另有一些须特殊处理或需要重点关注的位置，根据具体情况分析如下： 1、为提高结构的抗震性能，在满足规范各项计算指标要求的前提下，剪力墙的布置原则须综合考量，尽量选取在结构端部的位置增加一些剪力墙，适当利用剪力墙端部空间，形成端柱，即可提升结构刚度，同时又能为钢筋锚固提供有利条件，通过实例可发现，在小震的刚度分配原则下，剪力墙以及端柱承受的地震力非常大，其计算配筋值很大，局部施工难度需提前作好预案处理；

2、结构及转角位置连接应加强，包括连接部位的板厚以及配筋，增大结构整体刚度，计算中，

执行框架的相关要求，如楼梯作为支撑构件参与结构建模分析计算，考虑其对结构的刚度和整体性影响；

3、因教学楼为单跨结构，根据建筑要求，教室内走廊需结构降板；根据结构布置，教室内走廊

为单跨的悬挑部分，根据相应标注高要求，悬挑跨面筋与内跨面筋不在同一标高，此时无法做到梁支座钢筋伸至悬挑端，此时的处理方式应为将梁的悬挑面筋直接伸入内跨，但悬挑梁面筋伸入内跨的长度应作要求，不可像普通构件的锚固长度，应适当加大锚固长度，以保证悬挑构件的安全，建议可将构件的锚固长度加大至2倍LaE；对于梁底纵向钢筋的处理，若悬挑端与内跨梁底标高相同，刚按普通梁构件要求进行锚固即可，若梁底标高同内跨梁底标高不同时，应在梁底变标高处采取高度加腋的处理措施，过渡平缓，以减少应力集中，构件梁底筋的锚固长度及要求满足相应的规定。

4、因建筑净高要求比较严，局部构件需采用混合结构，梁或柱内加钢骨，其中东北角弧形梁由

于净高限制，梁跨度较大，在梁内设置型钢钢骨，根据计算结果，仅梁内钢骨为计算需要，柱内可仅设置构造型钢；普通常规项目，为节省成本，可仅将柱内构造型钢钢骨高度设置为梁型钢钢骨顶至梁底下一米处，对于本项目，设计为留有一定富余度，也为了施工方便考虑，柱内型钢钢骨在柱长度范围内通层设置。柱内型钢量在项目中占比较小，类似项目可同样处理。

三、设计小结：

本文讨论了配置少量剪力墙的框架结构体系设计要点，对于常规项目来说，少量剪力墙可作为结构的安全储备；对于有特殊要求的建筑物，如乙类建筑不允许采用单跨框架结构等要求，应采取相关的措施保障结构安全，但配置了少量剪力墙，并未改变结构的体系，其本质依然为框架结构，在设计中应尽量避免，如尽量避免单跨框架体系、增加剪力墙数量使其所占倾覆力矩百分比以形成框架-剪力墙结构等措施，如无法避免，应做好相应计算分析手段以及构造措施处理，且应提前同审图做好沟通工作。

参考文献：

[1]GB 50223-2008,《建筑工程抗震设防分类标准》北京：中国建筑工业出版社.

[2] GB 50011-2010,《建筑抗震设计规范》北京：中国建筑工业出版社.