某框剪结构设计中的若干问题分析

韩佳 雷珂娜

陕西省建筑设计研究院（集团）有限公司 陕西西安 710018

1 工程概况

本工程为一办公楼，所处地区抗震设防烈度为8度（0．2g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类。该建筑地上八层，地下一层。一层为门厅、办公室及配套用房，走道连接的一侧裙房为指挥中心；二层-八层为办公室和会议室，各层平面布置灵活，采用框剪结构。建筑平面长84m,宽15m，结构主体总高33．0m。

2 分区段划分结构抗震设防类别

根据建筑抗震设防分类标准，该办公楼为标准设防类建筑，但通过走道与之连通的指挥中心属于重点设防类建筑。抗震设防分类标准3．0．1条规定：建筑各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分抗震设防类别[1]。分区段划分包括平面使用功能不同确定为不同区段、上下使用功能不同确定为不同区段。该办公楼二层以上为标准设防，其剪力墙抗震等级为一级，框架抗震等级为二级；一层应划分为重点设防类，根据下部区段抗震设防类别不应低于上部区段的原则，地下室也为重点设防类，这两层的剪力墙和框架抗震等级均为一级。

3 框剪结构设计要点

首先是整体结构布置：按照多道防线设计概念，框架与剪力墙的数量应匹配，高规指出框架部分承担的地震倾覆力矩应占结构总倾覆力矩的10%-50%较合理，所有相关设计按照框-剪结构采用。该工程X、Y向倾覆力矩占比分别为28．9%、19．8%（应查看计算嵌固端处倾覆弯矩）。为确保结构的经济性，应该控制墙体数量，因为框架剪力应满足Vf≥0．2V0的要求，否则要进行剪力调整，调整过大说明墙体过多。本工程X向仅有一层需要调整，调整系数为1．02；Y向有7层需要调整，调整系数为1．070-1．847，但结构Y向刚度较小，继续减少墙体会使整体位移不满足要求。剪力墙的布置宜双向均匀，优先分布在结构周边及凸出部分，不应集中在某个部位，如在结构中间的交通核处集中布置剪力墙会引起整个结构振型以扭转为主，应将此部分墙体用连梁断开成若干小墙肢，削弱其刚度。在不影响建筑使用功能前提下，应尽量分散的布置墙体，框剪结构中墙体时常厚至400mm以上，以满足位移指标。梁的布置对结构也有较大的影响：当结构一个方向偏心较大时，调整边梁高度是很有效的方法，因此看似对称的结构两侧梁高常会有差异。框梁截面宽度应与柱截面相匹配，适当加宽梁截面既能保证梁柱中心偏心距小于1/4柱宽，也利于配筋时钢筋排布。

其次是解决施工图计算阶段最常见的超筋超限问题：轴压比超限通常需要增大截面，柱全截面配筋率若超限较多需增大截面，超出不多时可以调整梁高以减少柱承担的地震力。梁剪压比超限可以通过设置双梁来提高抗剪能力，配筋率超限通常加宽截面解决，框剪结构中框梁最宽可以比柱截面窄100mm。框梁一端支座为柱，另一端为墙时应将框梁延伸入墙内形成边框梁[2]。在甲方允许的前提下，提高混凝土标号可同时提高梁柱的抗剪能力，也能节约材料符合绿色环保的设计理念。

4 温度作用分析

该结构X向长度远大于混凝土结构45-55m设置伸缩缝的要求，故采用盈建科软件计算温度作用的影响。本工程地处陕西省西安市，由荷载规范查的：最高月平均气温为39℃，最低月平均气温为-7℃。根据中国天气网查得西安市1-12月的月平均气温分别为：-0．1、2．9、8．1、14．7、19．8、24．8、26．6、25．3、19．9、13．9、6．9、1．3（℃）。设计中指定结构合拢避开6-8月温度较高的时间，则合拢温度区间为-0．1在19．9℃。混凝土浇筑180d后混凝土收缩完成90%以上，剩余收缩量可折算为-3．3℃的当量温差。升温使水平结构构件中产生压应力，故仅考虑降温作用。该结构地上部分承受最大降温为-30．2℃；鉴于地下室与室外温度通常相差5-10℃，地下室最低气温取为0℃，最大降温为-23．2℃。程序中考虑混凝土结构的徐变作用，将温度效应折减系数设置为0．3。

计算结果表明：地下一层由于基础嵌固作用，降温后变形受到较强约束，内力较大，嵌固端以上各层应力逐渐减小，三层以上温度应力可以忽略。地下室墙水平应力较大，呈中间大两头小趋势，外墙中部应力达2．6MPa。一层及二层中部梁X向轴力最大分别达599KN、485KN，由受弯构件转变为拉弯构件。各层楼板温度应力除局部墙头及洞口处，变化趋势亦呈中间大两头小，一层中间区域应力为1．8-3MPa，二层最大为1．7MPa，三层最大为0．8MPa，四层及以上板内温度应力几乎可以忽略。

5 结论及设计建议

建筑功能复杂时，在设计前应先明确其安全等级、抗震设防类别。对各区段的重要性有显著不同时，可按区段划分设防类别，且下部区段的类别不应低于上部区段。框-剪结构体系中尽量沿周边、均匀分散的布置墙体，并采取调整梁高等措施，使框架部分承担地震倾覆弯矩的比例在10%-50%之间，并控制框架剪力调整系数不大于2。超长结构不设伸缩缝时，应计算温度作用。根据计算结果核查地下室墙配筋；嵌固端附近楼层的楼板长向应双层配筋，并根据温度计算结果加强洞口周围配筋；长向梁按照偏拉构件要求设置腰筋，并按受拉锚于竖向构件中；构件配筋按照考虑温度作用的基本组合与地震作用下的基本组合包络设计[3]。此外还应合理设置后浇带，控制后浇带浇筑时间以减少混凝土收缩，尽量避开温度高的时间合拢，降低初始温度，减小温度作用。