谈钢筋混凝土三种结构体系的区别

郭迎春

(太原市建筑设计研究院，山西太原 030002)

0 引言

混凝土材料在现有的国情背景下依然是一种最主要的建筑材料，而混凝土框架、剪力墙、框架—剪力墙结构又是最主要的结构体系。在具体的设计过程中，如何界定框架、剪力墙及框架—剪力墙结构，配筋如何选择、位移如何控制等，就显得尤为重要。

1 概念定义

框架结构，是由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙结构，是由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。框架—剪力墙结构，是由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。

2 三种结构体系的适用特点

2.1 框架结构

框架结构的特点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间，但其侧移刚度较小，因此适用于需要较大空间的、层数不多、高度不太高的建筑，例如停车库、车站、商场等，高层建筑不宜采用框架结构。框架结构应当纵横双向布置，形成双向抗力体系。不应布置单跨框架，单跨框架由两根柱单根梁形成，一旦发生地震，尤其超设防烈度的大震情况下，两根柱子中有一根破坏，将使整个建筑倒塌，后果是非常严重的。

2.2 剪力墙结构

剪力墙结构的特点是整体性好，侧向刚度较大，但其不能提供大空间房屋，因此可以建造比框架更高的建筑，但其横墙间距较小，不能获得较大空间，所以常用于高层住宅中。剪力墙结构应当纵横双向均设置剪力墙。一般剪力墙布置在竖向荷载较大处、平面形状变化处和楼电梯间处。剪力墙墙肢截面宜简单、规则，间距不宜太密，侧向刚度不宜过大。

2.3 框架—剪力墙结构

框架—剪力墙结构体系恰好是对两者取长补短，既能布置大空间房屋和小空间房屋，布置灵活，又具有较大的侧向刚度。所以广泛用于层数较多、房屋总高度较高的建筑，而且可以灵活布置大小空间，适用于较多的建筑功能要求，例如商住楼、宾馆等。抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙，形成双向抗力体系，剪力墙应按“均匀、分散、对称、周边”的原则布置。

3 三种结构体系的适用高度

根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范，三种结构的最大适用高度见表1。

表1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度 m

房屋高度是指室外地面到主要屋面板顶的高度(不包括局部凸出屋顶部分)。

4 结构体系侧向变形的特点及变形控制

框架结构在水平作用下侧向变形为剪切型，上部小下部大，其形状类似于竖向悬臂梁剪切变形产生的曲线。剪力墙结构在水平作用下侧向变形为弯曲型，上部大下部小，其形状类似于竖向悬臂梁弯曲变形产生的曲线。框架—剪力墙结构在水平作用下侧向变形为弯剪型。通过楼板将框架柱和剪力墙连接在一起，使二者变形协调一致。根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范，三种结构的弹性层间位移角限值见表2。

5 三种结构的相互关联

由框架和剪力墙共同受力的结构体系，框架和剪力墙在规定水平力作用下，结构底层框架因部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不同而有不同的要求。

表2 弹性层间位移角限值

1)框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时，按剪力墙结构设计，其中框架部分应按框架—剪力墙结构的框架进行设计。层间位移角按剪力墙结构控制(1/1000)。例如，我们常设计的高层住宅中，门厅部分常设框架柱;高层商住楼中，住宅外围有两跨商业，为满足建筑要求常设框架柱。

2)框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但不大于50%时，按框架—剪力墙结构设计。位移层间位移角按框架—剪力墙结构控制(1/800)。例如，我们常设计的高层公寓，常在电梯间及楼梯间设置一定数量的剪力墙，形成典型的框架—剪力墙结构。

3)框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，按框架—剪力墙结构设计。其中最大高度可比框架适当增加，框架部分的抗震等级及轴压比限值宜按框架结构的规定采用。层间位移角按框架—剪力墙结构控制(1/800)。

4)框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，按框架—剪力墙结构设计。其中最大高度宜按框架采用，框架部分的抗震等级及轴压比限值应按框架结构的规定采用。层间位移角可按框架—剪力墙结构控制(1/800)。如不能满足，可按有关规定进行结构抗震性能化分析和论证。我们在设计的多层框架中加入少量墙，层间位移角往往不能满足1/800，是一种少墙结构，层间位移角宜按插入法控制，取1/550和1/800的中间值1/652。此种结构配筋时应特别注意，应取按框架—剪力墙结构及去掉剪力墙的框架结构两种模型的最大包络值进行配筋，以保证少墙结构的安全性。

6 结语

目前，混凝土框架、剪力墙、框架—剪力墙在我国被广泛应用，合理的选择结构形式，对结构墙柱合理布置，特别重要。从结构安全角度出发，合理的结构布置更安全，例如常见的质心和刚心的偏置，增加了附加扭矩;剪力墙布置不合理造成整个结构扭转，这些都是不安全因素。从经济角度出发，如果结构布置不合理，导致结构受力不合理，结构配筋就要增大，给甲方造成浪费，这样的设计者，绝不是一个合格的结构工程师。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［3］李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的持力及算例［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.