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1、探究公共建筑框架剪力墻結構設計【摘 要】 筆者根據多年工作經驗，結合工程案例，分析了高層公共建筑采用框剪結構的好處及合理性，具有一定的借鑒價值。 /1/view-12285738.htm【關鍵詞】 公共建筑；框架剪力墻結構；抗震；水平荷載前言隨著城市化進程步伐的加快，越來越多的公共建筑越建越高，由于使用功能的不確定，基本上都做成大空間，若采用框架結構，水平位移太大，而采用剪力墻結構，又使得使用空間太零散，不能很好的滿足各種使用功能，故采取兩者的綜合體框架剪力墻結構，為建筑設計及使用功能帶來靈活性和方便性。框架-剪力墻結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，構成靈活自由的使2、用空間，滿足不同建筑功能的要求，同樣又有足夠的剪力墻，有相當大的剛度，框剪結構的受力特點，是由框架和剪力墻結構2種不同的抗側力結構組成的新的受力形式。1框剪結構概述1）框架-剪力墻結構框架-剪力墻結構也稱框剪結構，它的框架不同于純框架結構中的框架，剪力墻在框剪結構中也不同于剪力墻結構中的剪力墻。因為在下部樓層剪力墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，剪力墻承受大部分水平力；上部樓層則相反，剪力墻位移越來越大，有外側的趨勢，而框架則有內收的趨勢，框架拉剪力墻按剪切型曲線變形。框架除了負擔外荷載產生的水平力外，還額外負擔了把剪力拉回來的附加水平力，剪力墻不但不承受荷載產生的水平力，還因為給框架3、一個附加水平力而承受負剪力，所以，上部樓層即使外荷載產生的樓層剪力很小，框架中也出現相當大的剪力。2）框剪結構的優點及注意事項框剪結構結合了框架結構和剪力墻結構的優點，適用于大于11層的小高層住宅，既有靈活的空間格局，又有抵抗水平荷載的能力。造價僅高于框架結構，又比剪力墻結構經濟。但同時，框剪結構中的框架往往只承受并傳遞豎向荷載，而水平荷載及地震作用主要由剪力墻承擔，故結構設計中應當注重結構布置中的框架和剪力墻的布置比例及剪力墻的布置位置，使得結構達到最合理狀態。2 工程案列1）工程概況某工程為11層辦公建筑，底層層高5.2 m，211層層高4.1 m。下有一層地下室（與其他幾幢房子形成一個大4、地下室）。設有兩部電梯，其中一部為消防電梯。根據建筑抗震設計規范（GB50011-2001）抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10 g。2）結構選型建筑總高度達到45.8m以上，風荷載比較大，綜合造價問題和抗震問題，采用框架剪力墻結構。根據高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ 3-2002）4.8.2框架剪力墻結構在總高度小于60 m時，框架抗震等級為3級，剪力墻抗震等級為2級。柱網剪力墻布置見圖1。中間位置是樓梯和電梯部位，電梯樓梯部位設置剪力墻，因為X方向比Y方向要長，故在X方向的端部也設置剪力墻，最右邊的剪力墻不能和左邊的剪力墻設置在對稱位置，因下部地下室為車流通道，不能設置，5、上部為主出入口，也不能設置，所以設置與中間跨。由于中間跨為樓梯間，設置于端部，此剪力墻又不能傳遞結構的水平側向力，故設置于樓梯間內側。這樣滿足了框架-剪力墻結構中剪力墻的布置均按照“均勻、對稱、分散、周邊”的布置原則。3）設計計算結果（1）傾覆彎矩。框剪結構體系的受力特點：框剪結構，是由框架和剪力墻2種不同的抗側力結構組成的均勻受力體系，框架和剪力之墻間的協調工作，使房屋各層變形趨于均勻。高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）第8.1.3條規定，框剪結構中框架柱地震傾覆力矩百分比大于50%，框架部分的抗震等級應按框架結構采用。說明了框剪結構體系中剪力墻承受主要水平荷載，而框架則以擔負6、豎向荷載為主。若框架部分承受了大于50%的傾覆力矩，證明剪力墻布置的數量太少，不能起到作用，這樣的結構形式就相當于純框架結構。本工程的傾覆彎矩比建見表1。框架部分承受的傾覆力矩均小于50%，證明剪力墻布置的數量比較合理，達到了框架和剪力墻共同作用的特點。（2）周期、地震力與振型輸出文件，根據高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）中第4.3.5條要求的/結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A類高度高層建筑不應大于0.90在設計中，扭轉為主的第1自振周期（振型3） 1.092 0，平動為主的第1自振周期（振型1）1.393 5。二者之比為0.783 6，滿足要7、求。（3）根據抗震規范5.2.5條要求的x方向和y方向樓層最小剪重比為1.60%，本工程數據中，各層X方向的作用力（CQC），第1層的剪重比最小，為4.10%，有效質量系數：99.50%，滿足要求。各層Y方向的作用力（OQC），第1層的剪重比最小，為4.14%，y方向的有效質量系數：99.91%，滿足要求。（4）位移文件。抗震設計是根據抗震設防3個水準的要求，采用二階段設計方法來實現的。要求在多遇地震作用下主體結構不受損壞，填充墻及隔墻沒有過重破壞，保證建筑的正常使用功能；在罕遇地震作用下，主體結構遭受破壞或嚴重破壞但不倒塌。高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）第4.6.3規定框架8、剪力墻結構彈性位移角限值為1/800，第4.6.5規定框架剪力墻結構層間彈塑性位移角限制為1/100。該項目用PKPM中的SATWE計算，得到彈性位移角最大處于第6層，位移角見表2。彈塑性層間位移角在SATWE中不能直接計算出來，多遇地震影響系數最大值為0.08，罕遇地震影響系數最大值為0.5，即得罕遇地震與多遇地震的影響系數比值為6.25（0.5/0.08），根據上表能簡化得出最大的彈塑性層間位移角見表3。由此可以看出該項目能滿足抗震要求。3、結語框架剪力墻結構體系獲得了更大的剛度，抗震性能也更為優越。且結構布置上更加合理，可利用空間也大。對于既要大空間，高度又比較高的公共建筑來說，框剪結構結構形式如果合理地布置剪力墻的話更加合適。參考文獻：1 唐興榮.高層建筑結構設計M.北京：機械出版社，2006.2 車宏亞，顏德妲.混凝土結構（上、下冊） M.北京：中國建筑工業出版社，2000.3 JGJ3-2002.高層建筑混凝土結構技術規程S.4 GB50011-2001.建筑抗震設計規范S.