框架-剪力墙结构设计若干问题探讨

何 鑫

(中信建筑设计研究总院有限公司, 湖北武汉 430000)

框架-剪力墙结构设计若干问题探讨

何 鑫

(中信建筑设计研究总院有限公司, 湖北武汉 430000)

针对某18层框架-剪力墙结构办公楼，首先进行了结构体系的判断，然后对周期比以及框架部分承受地震倾覆力矩的比例进行了计算分析，并对这两项指标的控制提出了具体措施及设计建议，供类似设计参考。

框架-剪力墙； 结构设计； 周期比； 倾覆力矩

框架-剪力墙结构由框架和剪力墙组成，以其整体承担荷载和作用，这种结构同时兼有框架结构和剪力墙结构的优点，在办公类高层建筑中应用相当普遍。本文针对某18层框架-剪力墙结构办公楼，首先进行了结构体系的判断选取，然后对周期比以及框架部分承受地震倾覆力矩的比例进行了计算分析，并对这两项指标的控制提出了具体措施及设计建议，供类似设计参考。

1 工程概况

武汉地区某18层框架-剪力墙结构办公楼，首层层高5.4 m,其他层层高3.9 m,室内外高差0.6 m,总高度72.3 m；抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为标准设防类(丙类)；基本风压0.35 kN/m2(50 a一遇)，地面粗糙度类为A类。结构标准层平面布置如图1所示。结构整体计算采用中国建筑科学研究院编制的 PKPM系列 SATWE(V2.2版)。初步设计时，剪力墙厚度均为200 mm，框架柱截面尺寸根据轴压比取800 mm×800 mm、1 000 mm×1 000 mm、 1 100 mm×1 100 mm，外围框架梁截面尺寸为300 mm×700 mm,内部框架梁截面尺寸按跨度选取。

图1 标准层结构平面

2 结构体系的选择

JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]第9.1.2条规定：对高度不超过60 m的框架-核心筒结构，可按框架-剪力墙结构设计。该建筑总高度为72.3 m，大于60 m，故按规范建议，需按框架-核心筒结构进行设计。但此时，核心筒角部边缘构件设置要求较高，结构经济性较差。而考虑到该建筑总高度不高(不超过A级高度框架-剪力墙结构最大适用高度限值的80 %[2]即104 m)，且位于6度区，故最终仍选择按框架-剪力墙结构体系进行设计，只在结构局部采取一定的抗震加强措施。

3 周期比及倾覆力矩计算分析

3.1 周期比计算分析

结构自振周期表示结构自身的性能,其中扭转周期的相对大小反映了结构抗扭刚度的大小，抗扭刚度较小的结构,其扭转周期必然较长,甚至长于结构平移周期。地震时,这样的结构扭转反应一般会较大,不利于抗震[3]。故规范对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值进行了限制，即提出了周期比要求。

利用PKPM软件对图1所示结构平面进行建模计算分析，计算结果显示，结构第一平动周期T1为2.508 6s，第一扭转周期Tt为2.611 6s，周期比Tt/T1=1.04，大于规范限制0.9[1]，故需对图1结构平面进行调整。现拟采取以下措施降低结构周期比：

(2)在结构平面角部增设长2m、厚300mm剪力墙(图2)，同时将外围①轴、⑨轴、轴、轴框架梁高度由300mm×700mm增加为300mm×800mm，增加结构整体抗扭刚度。

图2 标准层局部结构平面

按以上措施分别调整计算模型，详细计算结果如表1所示。

表1 结构周期比及框架倾覆力矩比例

由表1可知，措施一在提高结构抗扭刚度的同时提高了结构抗侧刚度，且抗侧刚度提高幅度大于抗扭刚度，故对结构周期比调整效果不佳。措施二、措施三对结构抗扭刚度提高幅度远大于抗侧刚度，故对周期比调整效果明显。但措施二对建筑立面效果及使用功能影响较大，需在方案阶段与相关专业沟通协调。

3.2 倾覆力矩计算分析

框架-剪力墙结构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对结构性能有较大影响，结构设计时，应据此比值确定该结构相应的适用高度和构造措施[1]。

表1列举了在各结构平面布置方案条件下，Y向结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩比例，根据《高规》8.1.3的规定，当结构地震倾覆力矩比例大于50 %但不大于80 %时，其最大适用高度可比框架结构适当增加。规范规定的框架结构最大适用高度为60m，框架-剪力墙结构最大适用高度为130m，该建筑总高度为72.3m，因规范未明确适用高度适当增加的具体方法，故按照参考文献[4]中介绍的插值法，计算出该结构地震倾覆力矩最大允许比例为74.7 %。由表1可知，各方案均满足要求，但措施二在改善了结构周期比的同时，将框架地震倾覆力矩比例降到了50 %以下，效果最为理想。而在采用措施三后，虽然结构周期比改善明显，但框架地震倾覆力矩比例有所增加，设计时应综合考虑。

4 结 论

(1)对于6度区的框架-核心筒结构，当建筑总高度不超过A级高度框架-剪力墙结构最大适用高度限值的80 %时，为提高结构设计的经济性，在采取一定的抗震加强措施后，仍可按框架-剪力墙结构进行设计。

(2)对于框架-剪力墙结构，当结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩比例大于50 %但不大于80 %时，其最大适用高度可按参考文献[4]中介绍的插值法进行计算。

(3)通过在结构平面角部增设剪力墙，可有效改善框架-剪力墙结构的周期比，同时降低框架倾覆力矩比例；而加大外围框架梁截面高度虽可改善结构周期比，但框架倾覆力矩比例会有所增加，设计时应综合考虑。

[1]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程 [S].

[2] 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 方鄂华，程懋琨. 关于规程中对扭转不规则控制方法的讨论[J]. 建筑结构，2005，35(11)：12-15.

[4] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析.JGJ：3-2010 [M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

何鑫(1983～)，男，工学硕士，工程师，从事结构工程研究与设计。

TU398+.2

A

[定稿日期]2016-10-19