浅谈银湖大酒店剪力墙的合理布置

温炳棠

【摘要】框架结构有简捷和便于采用矩形体系的优点。由于这种布置形式没有斜支撑和结构墙体，因此，没有不便利之处，内部可以自由布置，外部可以自由设计门、窗。25层以下采用框架结构是经济的，对于建筑高度较大的情况下，纯框架结构的刚度相对较小，不利于抗震，如果框架与剪力墙相结合（框剪结构），刚度能大幅度提高。本文以银湖大酒店结构设计实践，探讨了剪力墙合理布置的方法。

【关键词】建筑结构；框架剪力墙结构；概念设计；

1 工程概况

本工程位于江门市新会区，设计与2010年9月，是一栋综合性商务酒店，高46.4m，地下一层，地上12层，建筑基底面积1790.4m2，总建筑面积14247.34 m2，其中地下一层为地下停车库，层高3.8m，地上1～3层作为大堂、餐厅和会议厅使用，要求建筑有较大的空间和提供较大出入口，如大堂入口要求≥8m，中空2层设置，四层及以上作为酒店客房，标准层层高3m，布置较规则，设一内廊，两侧分布各数房间。

2 结构分析

2.1 结构参数设置

根据以上分析，由于框架结构承重体系简单规则，受力特点明确，结构布置能够争取较大空间和提供较大出入口，结构设计时，初步确定结构体系为框架结构，图1为结构布置平面图。本工程建筑抗震设防类别为丙类建筑，工程的抗震设防烈度为7度，抗震设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第一组，框架抗震等级为三级，建筑场地类别Ⅱ类，基本风压值0.65 KN/m2（50年一遇），地面粗糙类别为B类。结构内力计算采用广厦建筑结构CAD 17.0版GSSAP软件。

2.2 结构计算结果分析

2.2.1 计算结果

地震作用计算时考虑了结构的偶然偏心和双向地震作用，计算振型取45个。超限警告如下：

（1）周期比控制。扭转第1周期/平动第1周期为104%，大于90%。

（2）位移比控制。Y方向最大的层间位移比>1.2。

2.2.2原因分析

以上信息主要反映结构侧向刚度不满足承受外力（地震作用和风作用）的能力，主要原因是框架结构的侧向刚度主要取决于梁柱及节点的抗彎能力，在较高的框架中主要取决于柱子的轴向刚度。如图1所示，Y方向由3跨连续梁与柱子共同抵抗水平作用力，梁跨平均为6500m，总柱子数量为24，建筑高度46.4m，刚度相对X方向弱，在水平外力下，Y方向变形明显大于X方向。水平作用力使框架结构每层的柱子产生双曲率弯曲，其反弯点大约在层高的中间部位，上下柱子引起的作用于节点处的弯矩由相邻梁承担，该梁、柱的变形引起框架的整体变形，使各层间产生水平位移。在水平推力的作用下，最大倾角在基底附近，最小倾角在顶端。为了使框架结构能有足够的抗外力刚度，通常做法是加大柱（梁）截面，这样使结构底部柱子截面尺寸非常大，使用上不方便也不美观。

3 结构优化

3.1 剪力墙结构性能

由上可知，本工程采用纯框架结构是不利于经济效益，也不实际。要满足设计要求，必须进行结构优化。众所周知，剪力墙通常贯通到基底并与基础刚性连接，形成竖向悬臂梁；剪力墙的平面内刚度和强度都很大。剪力墙在水平荷载作用下，变形是以弯曲变形为主，楼层越高，水平位移增长的速度越快，顶点水平位移值与高度是4次方的关系。在进行剪力墙的平面布置时，一般应考虑能使其承担足够大的自重荷载以抵消水平荷载下的最大弯曲拉应力。然而，剪力墙不利于提供较大空间的布置，楼层位移值的增长速度远远大于增大截面而取得的刚度值，这是不实际的，也取不到良好经济效益。

3.2 框架—剪力墙（框剪）结构性能

框架—剪力墙（框剪）结构既有框架又有剪力墙，框架的梁、柱主要承担竖向荷载，剪力墙主要承担水平荷载，它们之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力的作用下，使它们水平位移协调一致，在不考虑扭转影响作用下，同一楼层的水平位移必须相同，分析框剪结构受力特点可知，框剪结构在水平力作用下呈反S形弯剪型位移曲线，结构底部，剪力墙变形较小，拉着框架变形，剪力墙承担了大部分剪力，结构上部则相反，剪力墙的位移越来越大，框架的变形反而越小，框架除了负担水平力作用下的那部分剪力外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此它的变形是介于弯曲变形和剪切变形之间一种中间优化状况。

4 剪力墙合理布置

从基本设计目的而言，框剪结构就吸取了框架结构和剪力墙结构的长处，在框架结构中布置一定数量的抗震墙，一方面保证建筑平面布置提供较大使用空间，另一方面剪力墙良好的抗侧力性能又提高了建筑整体的抗震性。图2是针对本工程实际情况布置A、B两种方案，剪力墙位置由结构中心均匀对称地向边缘移动。两个方案都通过广厦建筑结构软件分析。

4.1 结构自振周期分析

可见，由以上两个方案的计算结构可知，A、B两个方案都满足《高规》第3.4.5条规定：结构周期比不应大于0.9，随着剪力墙的边缘化，方案B结构中周期比较方案A有明显的改变，有效的控制结构的扭转效应。

4.2 结构底部剪力分析

对比两个方案，Y方向底部总地震作用，A方案为3632.19kN，B方案为5742.71kN，可见，随着剪力墙的边缘化，结构底部总剪力逐步减小，剪力墙所承受的剪力相对减小，设置在边缘剪力墙优先承受整体结构的剪力，分担柱子大部分的剪力，使结构受力更加合理。

4.3 层间位移分析

通过分析发现，本工程B方案较A方案在Y方向最大层间位移比逐渐减小，方案A为1.26，方案B为1.04。《高规》3.4.5条规定，在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。边缘剪力墙的优先承担水平地震力，剪力墙刚度得到充分利用，内部框架柱子起到拉回剪力墙的作用，两种结构协同作用，使结构更加容易满足规范要求。

由于本工程Y方向刚度比较弱，笔者通过加长B方案的剪力墙长度来达到减小内部框架柱子截面的效果，随着剪力墙的加长，刚度虽然加大了，但底部剪力加大了，地震作用也放大了，由此可知，在采用增加剪力墙长度方法去增加结构刚度是非常有效的，但在满足规范后，继续加长会放大结构地震作用，反而变得不经济。

5 结束语

综上所述，通过实例分析和方案对比，可得出以下结论：

（1）高度较大或水平荷载较大的工程，使用框架结构体系是不合理的，为了限制其位移而花费的代价高，显得不经济。

（2）在进行结构分析时，要概念明确，思路清晰，针对不同结构的受力特点，充分考虑结构协同作用，善于优化结构方案，使结构更加合理安全。

（3）框剪结构中，剪力墙宜靠边缘均匀布置，使得结构内力分布更为合理，剪力墙数量以满足规范规定位移量；剪力墙墙肢长度增加可明显提高结构抗震性能。

参考文献：

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程[S]（JGJ3-2011）.中国建筑工业出版社

[2] 杨 杰.框架结构计算分析与设计实例[M].中国水利水电出版社.第一版

[3] 陈瑜，龚炳年等. 高层建筑结构分析与设计[M]. 地震出版社