[框架-抗震墙结构设计要点分析]框架抗震墙

时间：2019-04-02 03:34:42　来源：雅意学习网本文已影响人

　　【摘要】根据框架—抗震墙结构在设计过程中常遇到的重点问题，采用量化指标合理确定框架-抗震墙结构的抗震等级；同时根据实际经验详细叙述了框架－抗震墙结构中抗震墙的布置原则。
　　【关键词】框架—抗震墙结构；抗震等级；墙体布置
　　框架—抗震墙结构由于具有建筑平面布置灵活和抗侧刚度大的特点，以及较好的抗震性能，因而在三十层以下的高层建筑中大量被采用。框架-抗震墙结构是由多种具有不同受力特性构件（如框架梁、柱，框架与抗震墙之间的连梁，抗震墙墙肢，抗震墙连系梁等）组成的结构，框架-抗震墙结构通过合理设计，使其具有优秀的抗震性能，在地震作用下成为良好的耗能体系，满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震原则，从而达到可靠与经济的目的。
　　一、框架—抗震墙结构的受力特点
　　框架—抗震墙结构是由框架和抗震墙两种不同的抗侧力结构组成，这两种结构的受力特点和变形性质都不相同，框架在水平力作用下属于剪切型变形的竖向空腹悬臂构件，而抗震墙在水平力作用下属弯曲型变形的竖向悬臂构件，由于有刚性楼盖将框架和抗震墙连接成一个整体，使框剪结构成为一个空间结构受力体系，其变形既非剪切型亦非弯曲型而是剪弯型。在框架和抗震墙结构的下部楼层，抗震墙的位移较小，它拉着框架按弯曲型曲线变形，抗震墙承受大部分水平力，上部楼层则相反，抗震墙位移越来越大，有外侧的趋势，而框架则有内收的趋势，框架拉抗震墙按剪切型曲线变形，框架除了负担外荷载产生的水平力外，还额外负担了把剪力拉回来的附加水平力，抗震墙不但不承受荷载产生的水平力，还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力，所以，上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也出现相当大的剪力。
　　二、框架—抗震墙结构抗震等级确定
　　根据《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ 3-2010）（以下简称高规）第8.1.3条，抗震设计的框架-抗震墙结构，应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值，选择相应的设计方法，确定框架－抗震墙结构中框架、抗震墙的抗震等级。当框架部分承担总倾覆力矩的百分比（MC/M0）满足不同要求时，结构性能存在较大差别。（1）当MC/M0≤10％时：为有个别框架的抗震墙结构，工作机理接近纯抗震墙结构。这种情况，框架承担的地震作用较小，绝大部分地震作用由抗震墙承担。这种结构中的抗震墙抗震等级可按抗震墙结构的规定确定，计算分析按抗震墙结构进行计算分析，最大适用高度仍按框架－抗震墙的相关要求执行，其侧向位移控制指标按抗震墙结构采用。（2）10％＜MC/M0≤50％时：为框架-抗震墙结构，这种结构中的抗震墙抗震和框架等级直接按高规表3.9.3及表3.9.4的规定确定，计算分析、最大适用高度、侧向位移控制指标均按框架－抗震墙结构采用。（3）50％＜MC/M0≤80％时：这种情况，结构中抗震墙数量较少，由框架体系承担较大的地震作用。此时结构整体的计算分析仍按框架-抗震墙结构进行，但框架部分的抗震等级和轴压比按框架结构的规定采用，抗震墙部分的抗震等级和轴压比按框架-抗震墙结构的规定采用，结构最大适用高度不宜再按框架-抗震墙的要求执行，但可根据抗震墙承担的地震倾覆力矩的大小，在框架结构要求的基础上适当提高。（4）MC/M0＞80％时：这种情况，结构中抗震墙数量极少，为少墙框架结构，仍属于框架结构范畴。此时框架部分的抗震等级和轴压比按框架结构的规定采用，结构最大适用高度按框架结构的要求执行，但在进行层间位移验算和结构规则性判断时，应采用框架-抗震墙结构模型进行计算。这种结构中抗震墙部分宜按框架-抗震墙结构模型的计算结果确定抗震墙的配筋，而不能仅按抗震构造要求确定其配筋。对于设置少量抗震墙的框架结构，要求其框架部分的地震剪力值采用不计抗震墙的框架结构模型和框架-抗震墙结构模型二者计算结果的较大值。对于这种少墙框架结构，由于其抗震性能较差，为避免抗震墙受力过大而过早破坏，因此在高震区不建议使用。当不得不采用时，采用减薄墙厚、开大结构洞、开竖缝等手段减小抗震墙所承受的剪力，同时宜增加墙体与边框柱的连接，确保抗震墙破坏后竖向荷载的有效传递。
　　三、框架—抗震墙结构中框架部分的剪力调整
　　《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称抗规）中6.2.13条第1款对框架－抗震墙、框架－核心筒结构中框架部分承担剪力的调整沿用了原规范的规定。当框架-抗震墙、框架－核心筒结构计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值小于结构底部总地震剪力的10％时，抗规6.7.1条第2款规定“任意一层框架结构部分承担的地震剪力不应小于结构底部总地震剪力的15％。”在实际工程中，部分设计人根据一些结构分析程序上设定的选项，对框架柱的剪力调整设置了上限，如最多调整到计算剪力值的2.0倍，这种做法是不妥的，应按实际需要进行调整以满足规范要求。
　　四、框架—抗震墙结构中楼梯的计算
　　抗规第3.6.6条、第6.1.8条、第6.1.15条对楼梯的构件的计算和构造做出了原则性的规定。当楼梯构件位于框架－抗震墙结构中抗震墙筒体内时，可允许按一般非抗震构件设计，但楼梯板及平台板宜采用双层双向配筋。
　　五、框架—抗震墙结构的墙体布置
　　框架－抗震墙结构中的抗震墙作为结构体系第一道防线的主要抗侧力构件，其布置有一下两种形式：一是抗震墙与框架分开，抗震墙成筒，墙两端无柱；另一种是抗震墙嵌入框架内，有端柱、边框梁，成为有边框的抗震墙。第一种情况类似抗震墙结构中的墙体、筒体结构中的核心筒。第二种情况中，如果梁宽大于墙厚，则每一层抗震墙有可能成为高宽比小的矮墙，在强震作用下发生剪切破坏，同时，抗震墙给柱端施加很大的剪力，使柱端剪坏，这对抗震防倒塌非常不利。因此，框架－抗震墙结构中墙体的布置对于结构整体抗震起到至关重要的作用。（1）框架-抗震墙结构地上楼层的抗震墙的布置。框架-抗震墙结构中的抗震墙是抗震抗风的主要结构，应沿各主要轴线方向布置，在矩形、L型和槽型平面中，抗震墙应沿两个正交方向布置，并使两个方向的自振周期比较接近。框架-抗震墙结构中抗震墙的布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。均匀、分散是要求抗震墙的片数多，每片的刚度不要太大，避免地震中个别抗震墙破坏后，剩下的墙无法承受全部地震力，从而变成局部损坏导致全局性的影响。对称、周边布置是对高层建筑抵扭转的要求，抗震墙刚度大，其位置对楼层平面刚度分布起决定性的作用，抗震墙对称布置，能基本保证建筑物的对称性，从而避免和减小建筑物受到的扭转，另一方面，抗震墙沿建筑平面的周边布置可以最大限度地加大抗扭转的内力臂，提高整个结构的抗扭能力。另外，抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞的位置；房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间；抗震墙洞口宜上下对齐；洞边距端柱不宜小于300mm。（2）框架-抗震墙结构地下楼层的抗震墙的布置。当上部结构嵌固在地下室顶板时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同。地下一层墙肢端部如为由地上延伸下来时，应当与地上一层对应处设置相同边缘构件。无论上部结构嵌固在地下室的什么部位，地下室位于嵌固部位以上的楼层，其抗震等级应与上部结构相同，各项抗震措施均不应降低，其抗震墙均应按底部加强部位的要求设置边缘构件。
　　六、框架—抗震墙结构出墙面大梁的设计要求
　　抗侧力的楼面大梁（不含次梁）与抗震墙平面外连接的情况主要出现在抗震墙与框架分开布置的情况。试验表明，在往复荷载作用下，锚固在墙内的梁的纵筋有可能产生滑移，与梁连接的墙面混凝土有可能脱落，根据抗规的新的要求，这个部分予以加强，按平面外受力的压弯构件来进行设计。
　　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]JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构设计规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010
　　[3]毛燕．混凝土裂缝的成因及预防[J]．企业导报．2010（1）
　　[4]朱炳寅．对少量剪力墙框架结构的理解与设计建议——新《抗规》学习体会[J]．建筑结构技术通讯．2011（1）：5～7
　　[5]陈肇元，钱稼茹．汶川地震建筑震害调查与灾后重建分析报告[R]．北京：中国建筑工业出版社，2008

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