关于框架-剪力墙结构和框架-核心筒结构二道防线的思考

关于框架-剪力墙结构和框架-核心筒结构二道防线的思考【摘要】作者从理论入手，对框架-剪力墙结构和框架-核心筒结构二道防线问题作了较为详尽的分析，为结构设计人员理顺了思路，找到了问题的关键部分，并提出了相应的解决方法。

【关键词】框架剪力墙结构；框架核心筒结构；二道防线；剪力调整；结构底部总剪力

1 框架-剪力墙结构和框架-核心筒结构二道防线的涵义

抗震结构应该尽量将结构超静定次数设计的高一些，例如可通过设置多道抗震防线等方式，使结构体系具备最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列在大震作用下有效分布的屈服区，这样，结构就能够吸收并消耗大量的地震能量，不至于倒塌，即使破坏也较易修复。

对于纯框架结构来说，一般空间较大，自重轻，建筑功能布置起来较灵活，但由于其水平抗侧力构件只有框架柱，整体刚度较小，相对赘余度也较小。在罕遇地震来临时，一旦框架这道防线遭到破坏，结构将丧失全部承载力而倒塌。所以框架结构通常只用于层数较低的建筑物。

对于抗震墙结构来说，墙肢较长，墙体较多，侧向刚度大，空间整体性好，赘余度大，抗震性能较强。但因墙体多而长，所以内部空间布置不够灵活。故一般只适合于开间较小的住宅等居住性建筑。

而框架-抗震墙结构和框架-核心筒结构则在一定程度上综合了纯框架和纯抗震墙结构的优点，平面布置比较灵活，结构变形亦比较均匀。因此在高层公共建筑中得到了广泛的应用。

框架-抗震墙结构和框架-核心筒结构采用的是两重抗侧力体系，在强烈地震袭击下，由于剪力墙（筒体）的抗侧刚度比较大，可以分担大部分的地震力，所以较容易首先开裂或者破坏，作为第一道防线。这第一道防线遭到屈服破坏后，框架部分作为第二道防线立刻承担起抵挡住后续的地震动冲击的能力，保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌。

2 关于框架剪力墙中框架剪力调整的问题

大震作用下，框架剪力墙结构中的剪力墙破坏后，引起塑性内力重分布，框架将承受第一道防线刚度退化之后转移出来的内力，故此时框架承受的剪力会比多遇地震下只按弹性分析设计出来的内力增大，因而框架必须具备足够的强度和刚度才能承担起第二道防线的任务，这就需要对框架结构承担的剪力予以适当的调整，以提高框架的设计内力，从而实现它第二道防线的功能。

当然，如果各层框架柱的地震总剪力均大于其结构底层总剪力（包括剪力墙和框架柱）的20%，一般认为此种情况的框架能够胜任作为第二道防线的任务，不需要调整内力。

但如果不满足此条件，则需要对框架柱的总剪力vf进行调整，以保证框架能够承担起由墙转移出来的地震作用，发挥第二道防线

的功能。此种情况下的框架柱总剪力vf按下式调整：

vf≥min(0.2vo,1.5vf,max) （公式1）

即调整后的各层框架总剪力vf取0.2 vo和1.5 vf,max二者的较小值。

式中：vo——对应于地震作用标准值的结构底层总剪力（若框架柱数量从下至上分段按规律变化，则应取每段的对应于地震作用标准值的结构底层总剪力）。

vf,max——对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值（若框架柱数量从下至上分段按规律变化，则可取每段中的对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值）。

框架总剪力调整后，应按相应比例调整每根柱及与之相连的框架梁的剪力及端部弯矩标准值（框架柱的轴力可不予调整）。

当然，对于仅设置少量框架柱的剪力墙结构（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%），此时的框架部分可以不考虑二道防线的作用，无须进行剪力调整。

3 关于框架-核心筒结构中框架剪力调整的问题

框架-核心筒结构作为框架-剪力墙的一种独特形式（筒体刚度大，布置在平面中央，框架刚度相对小，布置在结构的外围），在框架剪力调整方面有着相应的要求。

如果各层框架承担的地震剪力不小于结构底部总剪力的20%，则

可以认为此种情况下框架能够胜任作为第二道防线的任务，框架地震剪力可不调整，这点和框架-剪力墙结构是一样的。

但如果不满足这个条件，则应符合下列规定

3.1 外框架部分分配的楼层地震剪力标准值的最大值不宜小于结构底部总地震剪力标准值的10%。

这是因为外框架处在外围，一般抗弯刚度较大，所以较容易承担很大部分的倾覆弯矩，但如果它的抗剪能力很差，那么核心筒即使在地震作用下破坏了，外框架所分担的地震剪力依然很难大幅度提高，从而起不到二道防线的作用，可能引起建筑物的倒塌。

3.2 如果外框架部分分配的楼层地震剪力不能满足第1条，则各层框架部分承担的地震剪力标准值应增大到结构底部总剪力标准值的15%；同时各层核心筒墙体的地震剪力标准值宜乘以增大系数1.1（但可不大于结构底部总剪力标准值），同时墙体的抗震构造措施还应相对提高。

正如前所述，这种情况下的外框架抗剪能力很弱，几乎起不到二道防线的作用，必须将核心筒和外框架同时加强，才有可能保证建筑结构的安全。

3.3 如果框架部分分配的地震剪力标准值小于结构底部总剪力标准值的20%，但其最大值已满足第1条，可按框架剪力墙中的公式1进行剪力调整。

此种情况下的外框架，刚度和剪力都不是太小，经剪力调整后可

以起到第二道防线的作用。

和框架剪力墙一样，框筒结构在框架总剪力调整后，亦应按相应比例调整每根柱及与之相连的框架梁的剪力及端部弯矩。

4 结语

实际工程中，应认真分析，与其他专业协同合作，尽量合理地布置框架和剪力墙，切忌不顾概念设计随意布置，导致结构设计不合理。例如实际工程中，有的设计人发现框架部分按规范规定经过剪力调整后，梁、柱的内力增大太多，导致严重超筋。这时本应该认真分析，适当调整结构方案使之合理化，但他却利用软件的一个手动操作，输入一个较小的剪力调整系数，这样表面上看起来剪力也调整了，又不超筋，便自认为结果挺理想，但实际根本达不到规范要求。大震作用下第二道防线发挥不了其应有的作用，结构的安全度无法保证。

所以应该以充足的理论依据做指导，加强概念设计的应用，深入透彻地学习规范条文，真正理解框架-剪力墙和框架-核心筒结构体系二道防线的意义，在面对实际工程时，才能够理清设计思路，真正做到具体问题具体分析，并合理解决。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范gb50011-2010

[2]中华人民共和国行业标准高层建筑混凝土结构技术规程

jgj3-2010