少量剪力墙的框架结构及工程实例分析

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【摘 要】设计中，少量剪力墙的框架结构体系仍然存在，该结构形式主要用于控制框架结构位移，满足规范限值要求，结合工程实例，具体分析计算完成结构设计。

【关键词】少量剪力墙；框架；位移；分析计算

引言

工程中，多层建筑常采用钢筋混凝土框架结构，该结构体系具有抗震性好，空间安排灵活，节省材料，工程造价低等优点，所以被广泛利用。但对于某些特殊功能的多层建筑，框架结构计算不能满足地震下规范对于位移限值的要求，其他结果尚满足规范要求，此时设计师需要考虑用少量剪力墙的框架结构控制结构位移。

1.少量剪力墙的框架结构体系

少量剪力墙的框架结构是一种模糊的结构体系，工程中出现的并不多。规范对于该结构中布置剪力墙的量没有明确的定量；也没有与框架――剪力墙结构中剪力墙的数量给出明显的界定。笔者认为少量剪力墙的框架结构目的在于控制结构的位移限值，其结构体系仍属于框架结构。

2.少量剪力墙的框架结构抗震等级

建筑抗震设计规范（GB50011-2010）第6.1.3条要求：设置少量剪力墙的框架结构，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，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与框架的抗震等级相同[1]。

3.少量剪力墙的框架结构设计分析

笔者认为，结构分析计算中，对于该结构框架部分，应按纯框架结构计算，此外还应考虑剪力墙与框架的协同工作。计算结构受力时，需要考虑剪力墙的协同作用。虽然少量剪力墙的框架结构，布置剪力墙的目的是控制位移，但是水平力作用下，剪力墙刚度较大，还是吸收一定的荷载。所以，计算受力时应该考虑剪力墙的影响。对于受力计算，我们分别按纯框架结构和框架――剪力墙结构计算，取二者的包络计算值作为计算结果。也就是说，对这一特殊的框架结构，需满足现行规范对钢筋混凝土框架结构的所有要求，同时还需明确这类框架结构应按纯框架结构和按框架与剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）分别计算，取包络取值作为设计结果。

4.结构设计中的相关问题

1）对布置少量剪力墙的框架结构的定量把握

该结构中，对于剪力墙的数量，规范未予以明确。所以，对于设计师来说，加大了结构设计的把握难度，笔者认为少量剪力墙的框架结构按纯框架计算后位移满足规范关于框架结构的结构位移限值即可，计算出基本振型地震力作用下剪力墙承担的底部地震倾覆力矩与结构底部地震倾覆力矩的比值，通过调整剪力墙数量，使其承担的地震倾覆力矩的比例控制在20%以内[2]，视为少量剪力墙的框架结构。

2）框架部分设计原则

该结构中，框架部分的抗震等级由《建筑抗震设计规范》确定，抗震措施按抗震等级确定，位移角按纯框架结构计算位移限值要求，结构受力及配筋计算按框架结构和框架――剪力墙结构分别计算取包络取值。

3）剪力墙部分设计原则

该结构中，剪力墙部分的抗震等级由《建筑抗震设计规范》确定，抗震措施按抗震等级确定，结构受力及配筋计算按框架结构和框架――剪力墙结构分别计算取包络取值。

5.工程实例分析

盘山教育园区教学楼，位于盘锦市盘山县，六个结构单体，与长廊由抗震缝隔开，教学楼地上五层，各楼建筑形式相似，结构均采用钢筋混凝土框架结构。本地区抗震设防烈度为 7度，设计基本地震加速度度值为0.10g，设计地震分组为第一组，设计特征周期0.35s，结构阻尼比 0.05，建筑场地的类别II类。按照中国地震局文件《关于学校、医院等人员密集场所建设工程抗震设防要求确定原则的通知》（中震防发[2009]49号）的有关规定，本工程教学楼的地震加速度提高至0.15g，多遇地震水平地震影响系数最大值 0.12，抗震措施按高一度加强，建筑抗震设防类别为重点设防类。下面以其中的一栋楼作为工程实例进行分析。

图一 某层结构平面布置

该教学楼南侧是教室，北侧是走廊，所以模型中坐标系y方向结构只有两跨，教室x方向轴网9300mm，地上五层，教学楼铺设地热，恒荷载较大，活荷载取2.5KN/m2，，按纯框架结构考虑，经计算，多遇地震作用下，y方向最大层间位移角大于《建筑抗震设计规范》1/550要求，不满足规范要求，其他计算结果尚符合要求。从图一的结构布置可以看出，结构y方向刚度较差，当荷载较大，地震力较大时，楼体y方向变形较大，如果该工程做纯框架结构，位移角超限。因此，设计时为加强y方向刚度，在不影响教室功能的前提下，在刚度较弱的方向布几道剪力墙并开洞，剪力墙抗震等级同框架抗震等级。图一中虚线小框内为后加设剪力墙的墙垛位置，重新计算。得到各工况下x、y方向最大层间位移角数值如表一。满足规范框架结构最大层间位移角限值要求。受力及配筋计算，按照框架和框架――剪力墙结构分别计算，结果取包络值。满足规范各项要求。

表一

X方向地震作用下 X方向最大值层间位移角： 1/ 820

X 双向地震作用下 X方向最大值层间位移角： 1/ 818

Y 方向地震作用下 Y方向最大值层间位移角： 1/ 840

Y 双向地震作用下 Y方向最大值层间位移角： 1/ 825

X 方向风荷载作用 X方向最大值层间位移角： 1/9999

Y 方向风荷载作用 Y方向最大值层间位移角： 1/2488

6.结论

少量剪力墙的框架结构目的在于控制结构的位移，本文结合具体工程实例对该结构形式进行介绍、分析计算，使其满足规范最大层间位移角限值要求，完成该工程结构设计。

参考文献：

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

[2]建筑结构设计问答及分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.