浅析框剪结构设计中的几个问题

刘苗

【摘要】 简要分析了框架剪力墙结构设计过程的几个难点。

【关键词】 框架剪力墙 嵌固端 连梁

一、工程简况

本工程为上海市嘉定区的一栋高层商务办公楼，结构高度为53米，地上十二层，地下二层。标准层结构布置图如下：

横向柱间距为8.4米；为了形成大空间办公布局，所以纵向柱间距为3.3米和8.8米，楼梯和卫生间都位于短跨柱距间。采用钢筋混凝土框架剪力墙体系，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。

二、结构布置总结

由于业主要求灵活的办公空间，Y方向大跨度柱距间尽量不设剪力墙隔断，所以Y向剪力墙全部设于短跨柱间，一共四道。楼梯处两道横墙作为X方向的主要抗侧构件。在Y向端部的大跨度柱间设置八字型柱间支撑增加结构的抗扭性能，采用H型钢。不考虑偶然偏心的位移角和规定水平地震力作用下考虑偶然偏心的位移比：

三、嵌固部位的选择

嵌固部位在地下室顶面是最合理最经济的选择，此时应满足下列条件：

1.地下室顶板与室外地坪的高差不能太大，一般宜小于本层层高的1/3（高差过大对水平力的传递不利）。

2.地下室顶板应为梁板体系，楼面的框架梁应有足够的抗弯刚度，地下室顶板的梁截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际承载力之和。（对于由轴压比控制柱截面尺寸的高层建筑来说，此条很难满足）。

3.地下室结构的布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载力，能将上部结构的地震作用传递到所有地下室抗侧力构件上，为此地下室顶板的厚度不宜小于180mm，且该层楼面不得留有大洞，混凝土强度等级不得小于C30，并双层双向配筋，每个方向的每层配筋率不小于0.25%。

4.地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用，地下室楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。一般情况下，地下室外墙可参与地下室楼层剪切刚度的计算，但当地下室外墙距离上部塔楼太远时，则在确定结构底部嵌固部位时，不宜考虑其参与楼层剪切刚度的计算。

5.地下室柱截面每侧配筋面积除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积，地下室剪力墙的配筋也不应少于地上部分。

本工程由于地下车库的入口需在地下室顶板开大洞口（最右边一跨），而且首层楼板标高为0.8米，与室外地面的高差为2.2米，地下一层层高为3米，地下室顶板与室外地面的高差大于地下室层高的1/3，不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求，所以选择地下一层的底板作为结构的嵌固端。见图（二）

（1）地下一层的剪切刚度应大于地上一层的楼层剪切刚度；

（2）地下二层的楼层剪切刚度应大于地上一层的楼层剪切刚度的2倍

四、连梁超筋处理

在本工程中，连梁超筋现象很明显。如果根据超筋的数量来确定是否对连梁进行处理是不合适的，规范建议的处理方法如下：

1）连梁的调幅处理：抗震设计剪力墙中连梁的弯矩和剪力可进行塑性调幅（注意：框架梁只能对竖向荷载下的弯矩進行调幅，但是连梁是对组合弯矩值进行调幅），以降低剪力设计值。但是在结构设计中已对连梁进行了刚度折减时，调幅范围应限制或不再调幅。

2）减小连梁的截面，主要是降低连梁的截面高度，从而达到减小连梁计算内力的目的，同时加大剪力墙的地震效应设计值。

3）连梁铰接处理：连梁不作为次梁或主梁的支承梁时，可将连梁按两端铰接梁进行计算，即假定该连梁在大震下的破坏，对剪力墙按独立墙肢进行二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计（一般情况下，连梁铰接处理后，墙的计算结果较大），以保证墙肢的安全。

上述1）、2）的方法相近，应优先考虑。当采用前两种方法仍然不能解决连梁的超筋超限问题时，可采用3）的处理方法。

连梁超筋处理小结：

4）处理目的：在确保连梁强剪弱弯的前提下，尽可能充分利用连梁的有效截面和刚度吸收地震能量并耗能，达到既满足抗震设计要求又经济的目的。

5）处理方法：依据连梁截面抗剪承载能力反求连梁所能承担的最大弯矩（此处与弯矩承载力控制的梁端塑性铰不同的是：塑性铰是在梁端抗剪承载力足够的情况下，寻求梁端的最大抗弯承载力，形成以梁端抗弯承载力控制的塑性铰），寻求的则是与连梁梁端最大抗剪承载力相匹配的最大梁端弯矩，形成以梁端抗剪承载力控制的塑性铰。

6）由于目前计算程序不具备“剪力铰”计算功能，可以采用变通的解决方法，即通过采用减小连梁计算截面高度进行试算。在连梁的计算剪力不大于实际连梁截面抗剪承载力的前提下，连梁的最大计算弯矩。

五、结束语

混凝土框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两种结构重新组成的结构体系，框架和剪力墙一起承担竖向荷载，水平荷载由具有较大抗侧刚度的剪力墙来承担。在框架剪力墙结构中，剪力墙的布置非常关键。在满足建筑功能的前提下，总的布置原则为“均匀、对称、分散、周边”。

高层结构的嵌固端从工程角度看是一个区域，只有相对的嵌固，没有绝对的固定。一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面。地下室顶板作为上部的嵌固部位时，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构设计经济性好。为节省工程造价采用降低嵌固部位的方法是错误的，这样没有考虑应采取相应的结构措施，是不合适也不安全的。

参考文献

1.朱丙寅.建筑结构设计问答及分析

2.朱丙寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析

3.魏利金.建筑结构施工图设计与审图常遇问题及对策