框剪结构中框架剪力的调整方式探讨

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在结构计算中，地下室是否参与计算对于上部结构自振周期、水平荷载下的侧向位移及地震力分配有很大影响。由于层数、高度和质量的增大，周期延长，地上部分受到的地震力可能降低，偏于不安全。对于二级抗震设计的框架柱和剪力墙，应对地上1层予以加强，内力要放大，配筋要增多而将地下室一并计算，加强层转到地下室，地上1层反而得不到加强。为了保证整体计算的正确性，本设计采用两步法计算。第一步取结构±0.00以上部分进行计算，以±0.00作为上部结构的固定端，±0.00的楼板厚度取200mm。加强了梁的刚度，使下层的层刚度大于上层的刚度1.5倍，以满足嵌固端的条件;第二步从地下室底板顶面起计算，包括地下室及±0.00以上部分，其计算结果仅作为基础及地下室的设计依据。本项工程主楼采用高层建筑结构空间分析程序TBSA(5.0版)，并考虑耦联计算，抗震烈度按7度，Ⅱ类场地，基本风压取0.55kPa，主要计算结果见表1～3。表中T为自振周期，V0为底部剪力，ζ为底部剪力系数，Δu/h为最大楼层层间位移与层高之比，u/H为结构顶点位移与总高度之比，θ为顶点转角。

框架-剪力墙设计

从国内外的震害经验表明，框剪结构的抗震性能远远优于框架结构，其重要的一方面是侧向位移较小。目前，我国的框架结构填充墙常用刚性砌体材料，例如空心砖墙对于侧向位移的承受力较差，即使遇到小震也常开裂而影响使用。对于高层建筑，在框架结构中适当布置一些抗震墙既可大大减少柱子的内力，使其截面和用钢量减少，又可增加一道防线。但是，布置剪力墙常与建筑的使用发生矛盾。本工程其层层后退的体型使整个建筑在竖向刚度变化较大，如何在恰当的位置布置剪力墙，并满足建筑的使用是结构设计的关键。经过结构方案计算比较，尽量在楼梯、电梯间及外墙布置剪力墙，中部在波浪折线处恰当地布置了一道L型剪力墙。这样，使得结构平面刚度和侧向刚度较为均匀，整体结构不产生过大的偏心，避免在水平力作用下结构的扭转，并加强抗震墙与柱子的联系。框架－剪力墙结构中的框架，受力情况不同于纯框架结构中的框架，它下部楼层的计算剪力很小，到底部时接近于零。显然，直接按照计算的剪力进行配筋是不安全的，必须予以适当的调整，使框架具有足够的抗震能力，使框架成为框架－剪力墙结构的第二道防线。目前《高层规程》的调整方法是，框架柱承受的剪力应不小于下面的较小值，即0.2V0，1.5V•fmax，其中V0为结构底部总剪力标准值，V•fmax为上下各层框架承受的剪力中的最大值。应当指出，这一调整方法是20世纪60年代提出的，它只适用于框剪结构上下层布置基本均匀、平面较为规则的情况，对于复杂体型框剪结构中框架剪力调整目前尚未给出统一的方法。由于本项工程框架柱上层逐渐减少，阶梯形内收，若按上述调整方法会出现梁、柱弯矩、剪力很大的不合理的后果。本设计将建筑物沿竖向划分为比较均匀的几段，每段均按本段底层的剪力来调整，这样既保证了抗震的安全，又使计算结果更具合理性。

结构的延性设计

结构的延性设计在抗震设计中尤其重要，本项工程设计主要采取以下措施来提高结构的延性。①塑性调幅。塑性调幅为在竖向荷载作用下的内力调整，梁端允许出现塑性铰，取0.95折减系数，支座弯矩降低后，必须相应加大跨中设计弯矩。这样在支座出现塑性铰后不致导致跨中截面强度不足，调整后再与水平荷载下的内力进行组合;②严格控制墙柱轴压比。实验和震害调查表明，柱轴力过大，其延性变小，容易产生脆性破坏，增加箍筋用量可增加延性。在高轴压比情况下，箍筋的增加对延性已不再发挥作用。因此，设计中应尽量使轴压比限值比规范规定高一级;③提高箍筋用量。柱子的箍筋沿全长加密，以提高柱子的延性及抗震能力;④采用连梁刚度折减的方法，折减系数取0.65。因为，刚性高层建筑有利于抵抗风荷载及小震，而柔性结构对大震有利。对连梁刚度折减使其在小震时仍处于弹性，而在大震时出塑性铰，从而使结构在大震时进入塑性柔性状态，以达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

结构的构造和技术措施

(1)控制竖向刚度变化的均匀性，构件截面与混凝土强度等级的变化不在同一层。(2)加强结构第四层梁板刚度。该层为大平台，局部为屋面花园，起了底盘的作用。本层楼板厚度取为150mm，同时加强了板的配筋，正负板筋纵横通长，保证其足以承受本层较大的水平剪力。(3)在连梁的设计中，为了解决在水平力作用下截面不满足抗剪要求及超筋问题，采取加大洞口宽度和高度。即适当降低连梁高度，不足部分砖砌填充。(4)主楼采用框架梁均对柱中布置的方法。即保证框架、柱的轴线重合在同一平面内，边框架梁挑牛腿支承外填充墙(190空心砌块)，以达到建筑在外观上柱与墙外齐，从而减小了偏心的影响。

认识与结论

(1)应全面、准确地掌握国家强制性规范、规程和理论知识，才能使工程设计符合实际情况，符合各项要求。(2)在用计算机辅助设计时，应根据不同的结构体型，采用不同的、与之相符合的电算程序，同时也要根据电算程序中某些“不明之处”进行概念设计。换言之，设计人员在设计过程中应先充分利用经验，按实际情况进行“人脑”分析，然后选择电算程序进行优化设计。(3)设计人员在工程设计中要追求完善与完美，使其各项指标均符合“实用、安全、经济、美观”的设计原则。(4)对于不规则框剪结构，例如建筑物的平面阶梯形内收等，其框架剪力的调整不能按底部剪力调整，否则会使上部楼层框架内力放大太多，非常不合理。一种可行的方法是将建筑物沿竖向划分为比较均匀的几段，每段均按本段底层的剪力来调整，即分段调整方法。

结束语

21世纪的今天，世界经济飞速发展，建筑创作更是空前活跃，体型多变的高层建筑不断涌现，因而不规则高层建筑对地震的反应比规则建筑复杂得多，这就不是几本规范或几个公式所能包括的。这是对结构设计者的挑战。设计者必须因地因时制宜，不拘泥于某些条条框框，要敢于创新，有许多技术问题亟待我们去探索和研究。

作者：陈木生单位：中国建筑技术集团有限公司泉州分公司