探討框剪結構設計的影響因素

1、<p>　　探討框剪結構設計的影響因素</p><p>　　摘要：選取框剪結構布置剪力墻，既滿足了建筑的不同需求，又使得結構體系在地震作用下具有較高的承載力。本文提出要重視框剪結構體系的概念設計，并對框剪結構設計在建模中起到關鍵作用中的幾個重要影響參數(shù)進行分析或給出選擇范圍，最后通過實際工程加以論述。本文主要講述了框剪結構的概念設計、結構設計以及工程實例，從何總結了礦建結構設計的影響因素。 </p

2、><p>　　關鍵詞：框剪結構；概念設計；抗震設計 </p><p>　　中圖分類號：TU973文獻標識碼： A </p><p>　　我國抗震設計規(guī)范推薦多道抗震防線的概念。在地震來襲時，通過平面內(nèi)剛度無限大的樓板將剪力墻與框架連接在一起。剪力墻部分是主要抗側力構件，作為第一道防線，使結構的總體變形得到有效的控制；而框架作為第二道防線，在剪力墻的剛度退化后，承擔后期的

3、地震力作用。通過不同的塑性耗能機構，耗散地震能量，使結構達到抗震設防的目標。 </p><p><b>　　一、概念設計 </b></p><p>　　高層建筑抗震設計應更注重概念設計，從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要。因為高層建筑結構受力的復雜性，人們對地震作用認識的較為局限。材料性能與施工安裝時的變異性以及高層結構抗震分析計算的精確性等因素，都可能使

4、結構計算結果與實際相差很大。 </p><p>　　“抗震概念設計”是指抗震設計的一開始就需要按照抗震的要求和減少破壞的規(guī)則來選擇地基和基礎，建筑的平面、立面、結構的體系和布置?？紤]材料的延性，預先把握抗震的薄弱環(huán)節(jié)。再通過設計計算及結構措施處理，才能設計出具有良好抗震性能的房屋建筑。進行概念設計時，有諸多的影響因素，如地理位置、場地情況、梁柱的截面、剪力墻的布置及材料強度等級的變化等。在框剪結構中，剪力墻是主要

5、的抗側力構件。采用這種結構時應在兩個主軸方向都布置剪力墻，形成雙向抗側力體系。尤其抗震設防烈度較高時，應避免單向布置，再加以控制結構的各項參數(shù)指標，來進行綜合的概念設計。 </p><p><b>　　二、結構設計 </b></p><p>　　1. 框剪結構剪力墻布置剪力墻宜均勻的布置在建筑物周邊，充分發(fā)揮抗扭的作用。平面形狀凹凸較大處，是結構的薄弱部位，宜在凸出部

6、分的端部附近布置剪力墻予以加強?？v、橫剪力墻宜連接在一起，或設計成帶邊框的剪力墻，組成 L 形、T 形和口字形，并使整體結構的剛心盡量與建筑的質心重合，以增大剪力墻的剛度和抗扭轉能力，應遵循對稱、均勻、周邊、連續(xù)的原則。 </p><p>　　2. 剛度特征值 在同等條件下，結構剛度特征值過大。抵抗地震作用主要由框架承擔，結構的抗側剛度較差，結構常不能滿足變形要求，框架受力過大，梁、柱截面尺寸加大，導致不經(jīng)濟。反

7、之，剛度值過小，說明剪力墻數(shù)量過多，抗側剛度增大，自振周期較短，使得地震作用較大。因此，盡量使剛度特征值介于1.15～2.4 之間，使整個結構處于最佳工作狀態(tài)。受力均勻，協(xié)同工作，安全可靠，這對設計者初估框剪結構的剛度分配比例十分重要。 </p><p>　　3. 水平作用下的位移 在實際工程設計中，規(guī)范給出了能更為簡便的參數(shù)規(guī)定：層間位移角應不大于 1/800，這是衡量結構抗側剛度的一個指標。不考慮偶然偏心時的

8、位移比一般應該都在 1.2 以內(nèi)，考慮偶然偏心時，只要不大于 1.5 即可，這是衡量扭轉剛度的指標。不滿足時，應該先考慮建筑物周邊抗側力構件的調整?？梢圆扇≡龃蠹袅Γ部梢约痈哌B梁等方法。 </p><p>　　4. 剪重比 剪重比體現(xiàn)結構在水平地震作用下反映強烈的一個重要指標，主要與結構體型、結構布置和抗震設防烈度有關。剪重比不滿足，說明結構的抗側剛度不足，地震力偏小?？砂聪铝腥N情況進行調整： （1）當?shù)卣?/p>

9、剪力偏小而層間側移角又偏大時，說明結構過柔，宜適當加大墻、柱截面，提高剛度； （2）當?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側移角又偏小時，說明結構過剛，宜適當減小墻、柱截面，降低剛度以取得合適的經(jīng)濟技術指標； （3）當?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側移角又恰當時，可在 SATWE 的“調整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于 1 的系數(shù)增大地震作用，以滿足剪重比要求。 </p><p>　　5. 框剪結構中框架的抗震等級 綜上所述,框

10、架一剪力墻結構設計中,剪力墻剛度與框架剛度所占的比例,對確定結構體系的成立及框架在此中的構造要求有較大的影響。這在《抗震設計規(guī)范》和《鋼筋鹼高層建筑結構設計與施工規(guī)程》中都有明確的要求。如《高規(guī)》第5·1·3條中規(guī)定:框架一剪力墻結構中,當剪力墻部分承受的基底彎距小于總彎距的50%時,其框架部分的抗震等級應按框架結構采用。也就是說當框架部分的剛度占抵抗彎距比例大時,需適當提高框架部分的抗震等級,加強其構造。第5

11、83;5·7條規(guī)定:框架一剪力墻結構中當框架柱底部截面承受的地震剪力小于結構底部總剪力的20%時,一、二級框架柱的軸壓比限值可分別提高0.1。也就是說當框架部分的剛度占抵抗彎距比例較小時,結構體現(xiàn)剪力墻的受力特性,因此按降低一個抗震等級的柱軸壓比來控制截面,放松了對框架柱的延性控制條件。以上即反映了合理利用框剪結構的協(xié)同工作性能,又體現(xiàn)了結構抗震體系的概念設計。合理布置剪力墻是框剪結構的關鍵,結構布置時應盡量利用剪力墻剛度這個

12、對抗震貢獻大的構件,否則,就有可能出現(xiàn)框架抗震等級由三級變成二級或一級,框架抗震等級的劃分直接影響到柱截面,軸壓比、</p><p>　　6. 周期 周期比不滿足規(guī)范要求，說明結構的抗扭剛度相對于側移剛度較小，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。周期盡量控制在 0.08～0.12 N(N為層數(shù))，超出這個范圍，說明結構太剛或太柔，可作相應的調整。 </p><p><b>　

13、　三、工程實例 </b></p><p>　　1. 工程概況 本工程為烏魯木齊市某綜合實驗樓，地上 18層，地下 2 層，長度為 69.6 m，寬度為 20.400 m，計算高度為 67.2 m，采用框架剪力墻結構體系?？拐鹪O防烈度為 8 度，設計地震分組為第二組，建筑物場地類別為Ⅱ類。擬建場地勢較開闊，該場地屬沖洪積平原，場地地形較為平坦，為抗震有利地段。 </p><p>

14、　　2. 方案設計 首先通過合理運用結構概念，依靠主體與局部間的力學關系、破壞機理及個人經(jīng)驗，從宏觀上對結構整體進行科學的分析，并考慮結構布置方案，初步確定柱網(wǎng)及框架梁柱的截面尺寸，繼而確定抗震墻的數(shù)量及布置方案?？v、橫向剪力墻宜組成 L 形、T 形和匚形等形式，以使縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣，增強結構剛度和整體性。其中，Γ形剪力墻的結構剛度和整體性能較 T 形（對稱翼緣和不對稱翼緣）要好。 </p><

15、p>　　3. 優(yōu)化校核 根據(jù)框架梁柱合理線剛度比對結構進行優(yōu)化，再由最優(yōu)剪力墻抗彎剛度對剪力墻的數(shù)量、尺寸進行調整。通過 PKPM 對優(yōu)化后的工程進行模擬，判別是否合理，進而完成框剪結構的整體優(yōu)化。在應用計算軟件對結構進行分析時，有些參數(shù)如振型組合數(shù)、最大地震作用方向和結構基本周期等在計算前很難估計，需要進行多次試算才能得到。 </p><p>　　本文利用軟件建立了該框架—剪力墻結構的三維空間模型。從計算

16、結果可以看出，結構 X 方向最大層間位移角為 1/1172，Y 方向最大層間位移角為1/ 991。X 向樓層最小剪重比（3.90%），Y 向樓層最小剪重比（3.75%）。結構以 X 向平動為主的第一自振周期為 T1= 1.634 0，以扭轉為主的第一自振周期為 T3=1.348 0，其比值小于 0.90，結構抗扭剛度滿足要求。由于扭轉效應對結構的影響不明顯，因此不需考慮扭轉效應。 </p><p><b&g

17、t;　　結語 </b></p><p>　　作為設計工作者，要非常重視框剪結構體系的概念設計。在進行設計時，合理布置剪力墻、適當調整軟件中多個比較重要的影響參數(shù)，使結構的抗震驗算嚴格的控制在各項參數(shù)指標范圍內(nèi)，既可滿足規(guī)范要求，同時也能提高工作效率。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]JGJ

18、3-2010,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S]. </p><p>　　[2]GB50011-2010,建筑抗震設計規(guī)范[S]. </p><p>　　[3]李愛群,黃瑞新,張志強,趙根文.高層建筑結構減震分析的靜動力實用分析法及其應用[J].工程抗震與加固改造,2010(03). </p><p>　　[4]梁興文,楊鵬輝,崔曉玲,鄧明科,張興虎.帶端柱高強混凝土