强框架的框架—剪力墙结构在结构加固上的应用

刘 文 彬

(福建省建筑科学研究院，福建 福州 350025)

强框架的框架—剪力墙结构在结构加固上的应用

刘 文 彬

(福建省建筑科学研究院，福建 福州 350025)

对结构高度不高，抗震设防烈度不高地区的房屋采用强框架的框架—剪力墙结构进行加固，并与原结构对比，表明此加固方法可明显提高房屋整体抗震能力，缩小加固范围，降低加固费用，可为类似工程的测试提供借鉴。

框架—剪力墙结构,结构加固,扭转位移比

0 引言

目前我国经济正处于新旧动能接续转换、经济转型升级的关键时期，为了适应这种变化，部分企业正处于转型的关键时期，同时厂区房屋的使用功能也需进行变换以适应转型的需要，这样势必会改变房屋楼面的活荷载，当活荷载变大时，房屋的安全性及抗震性能是否能满足现行规范的要求，是非常值得关注的。

1 工程概况

福建沿海地区7度(0.10g)抗震设防区某塑料制品厂区现有一座丙类设防的7层局部10层现浇钢筋混凝土框架结构房屋，基础采用钻孔灌注桩基础；房屋室内外高差为0.2 m，1层层高为4.00 m，2层～9层层高均为3.20 m，10层层高为3.30 m；该房屋原设计为宿舍楼，现拟改造为备品配件仓库及住宅，房屋现状见图1，标准层建筑平面图见图2，图3。

2 初步结构分析

2.1 基本参数

该房屋局部8层建筑面积与7层建筑面积比约为0.4，参照GB 50011—2010建筑抗震设计规范应用与分析[1]第6.1.1条结构设计建议，房屋高度由室外地面算至房屋10层屋面，共计33.1 m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]第2.1.1条规定，该房屋为高层建筑，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》表3.3.1-1规定，该房屋为A级高度的高层建筑，其框架结构的抗震等级按《高层建筑混凝土结构技术规程》表3.9.3规定取为二级。

按结构现状及改变使用功能后的建筑平面布置图进行结构整体分析计算，分析楼板活荷载值按拟改变使用功能取为3.5 kN/m2，风荷载该地区按50年一遇的基本风压取0.70 kN/m2，地面粗糙度按该房屋所处地理位置取为B类，混凝土抗压强度及钢筋牌号按检测报告取用，其中柱取为C30，梁取为C25，纵向受力钢筋牌号按HRB335取用，箍筋牌号按HPB235取用，其余相关参数按照现行《高层建筑混凝土结构技术规程》《建筑抗震设计规范》[3]《混凝土结构设计规范》[4]取用。

2.2 计算结果

采用中国建研院编制的PKPM计算软件进行上部结构整体计算分析，分析结果如下：

1)扭转位移比：Y方向在考虑偶然偏心的规定水平力地震作用下，房屋1层～7层各楼层竖向构件水平位移与层平均位移的比值、竖向构件层间位移与平均层间位移的比值均超出《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条中A级高层建筑1.5的限值要求，其中第7层的比值最大，分别为1.67及2.03。

2)周期比：扭转为主的第一振型周期与平动为主的第一振型周期比为0.78，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条周期比0.9的限值要求。

3)刚度比：房屋第一层X方向塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者的比值为0.82，不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2条要求，为薄弱层，应按照《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.8条要求乘以薄弱层地震剪力放大系数1.25。

4)层间受剪承载力比：房屋X方向各层层间受剪承载力与上一层的承载力之比最小值为0.86，Y方向各层层间受剪承载力与上一层的承载力之比最小值为0.80，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.3条的要求。

5)层间位移比：风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比为1/891，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》表3.7.3中框架结构1/550的限值要求。

6)剪重比：满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.12条要求。

7)刚重比：该结构刚重比Di×Hi/Gi>10,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.4条的整体稳定验算；但该结构刚重比Di×Hi/Gi<20，不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.1条的要求，应该考虑重力二阶效应。

8)轴压比：1层～4层大部分框架柱构件的轴压比超出《高层建筑混凝土结构技术规程》表6.4.2中二级抗震等级的框架结构轴压比0.75的限值要求。

9)大量框架柱、梁构件抗震承载力不满足要求。

2.3 结果分析及建议

由以上计算结果可知，该房屋结构扭转位移比严重超限；刚重比不满足，应考虑重力二阶效应；大量框架柱、梁构件抗震承载力不满足要求，应采取加固处理措施。

3 加固方法

该房屋加固的目的首先是要对结构体形进行调整，加强房屋在地震作用下抗扭转能力，其次才是对框架柱、梁构件的加固。

加强房屋在地震作用下抗扭转能力可以增加周边框架柱、梁的刚度，对框架柱、梁采用四边扩大截面的加固方法可以实现这种意图，但加固范围从1层～7层均需加固，加固范围大，工程量大，费用高，且严重影响建筑外立面美观。

除了加强框架柱、梁的刚度外，也可以增设钢筋混凝土剪力墙，将房屋变成标准的框架—剪力墙结构体系，为了满足此种结构的要求，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第8.1.3条第2款规定，在规定水平力作用下房屋底层框架部分承受的地震倾覆力矩应控制在10%～50%之间，剪力墙承受较多地震倾覆力矩，可以形成两道抗震防线，第一道防线是剪力墙，第二道防线是框架结构，此种方法需要增设较多剪力墙，工程量较大，费用较高，且剪力墙布置会影响改造后建筑功能的使用。

除上述方法外，也可以根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第8.1.3条第3款规定将框架结构房屋改造成强框架的框架—剪力墙结构，此种结构在规定水平力作用下房屋底层框架部分承受的地震倾覆力矩应控制在50%～80%之间，局部新增的少量剪力墙不能成为第一道抗震防线，房屋结构仍为框架结构，此种加固方法仅增加少量剪力墙就能大幅提高房屋整体抗扭能力，且范围小，费用较低，且剪力墙布置不会影响改造后建筑功能的使用，标准层新增剪力墙位置图(见图4)。

3.1 加固后计算结果

采用中国建研院编制的PKPM计算软件进行上部结构整体计算分析，分析结果如下，计算时框架抗震等级及轴压比限值按框架结构采用：

1)在规定水平力作用下房屋底层框架部分承受的地震倾覆力矩百分比X方向为66.91%，Y方向为64.15%，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第8.1.3条第3款规定。

2)扭转位移比：Y方向在考虑偶然偏心的规定水平力地震作用下，房屋竖向构件最大水平位移与层平均位移的比值为1.40、竖向构件最大层间位移与平均层间位移的比值为1.40，大于《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条中A级高层建筑1.2的要求，但未超出1.5的限值要求。

3)周期比：扭转为主的第一振型周期与平动为主的第一振型周期比为0.78，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条周期比0.9的限值要求。

4)刚度比：房屋第一层X方向塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者的比值为0.93，不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2条要求，为薄弱层，应按照《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.8条要求乘以薄弱层地震剪力放大系数1.25。

5)层间受剪承载力比：房屋X方向各层层间受剪承载力与上一层的承载力之比最小值为0.88，Y方向各层层间受剪承载力与上一层的承载力之比最小值为0.86，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.3条的要求。

6)层间位移比：风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比为1/877，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》表3.7.3中框架结构1/550的限值要求。

表1 结构整体计算对比结果

7)剪重比：满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.12条要求。

8)刚重比：该结构刚重比EJd/GH2>1.4, 满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.4条的整体稳定验算；该结构刚重比EJd/GH2>2.7，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.1条的要求，可以不考虑重力二阶效应。

9)轴压比：仅一层部分框架柱构件的轴压比超出《高层建筑混凝土结构技术规程》表6.4.2中二级抗震等级的框架结构轴压比0.75的限值要求。

10)仅一层部分框架柱、梁构件抗震承载力不满足要求。

3.2 加固前后计算结果对比

将上述原结构及加固后整体计算结果汇总(见表1)。

从表1的计算结果对比可知，采用局部新增的少量剪力墙可以大幅提高地震作用下房屋的整体抗扭能力，降低了结构的扭转位移比，改善各层刚度比、层间受剪承载力比及刚重比，明显减少不满足轴压比要求的框架柱构件数量，显著减少不满足抗震承载力要求的框架柱、梁构件数量，从而缩小加固范围，降低加固费用。

4 结论与建议

强框架的框架—剪力墙结构虽然布置有少数剪力墙，但它不能和框架结构形成两道抗震防线，因此在新建的A级高层建筑一般很少采用，但在加固工程中，对于结构高度不高，抗震设防烈度不高的地区，为了尽量缩小加固范围，降低加固费用，较少对建筑使用功能的影响，此种结构可以做为一种较好的选择。

[1] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011—2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[4] GB 50010—2010,混凝土结构设计规范(2015年版)[S].

[5] 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.

Application of frame-shear wall structure with strong frame in structural strengthening

Liu Wenbin

(FujianAcademyInstituteofArchitectureScience,Fuzhou350025,China)

In this paper, structure height is not high, low seismic fortification intensity area with the strong frame-shear wall structure reinforcement, and the reinforcement method can significantly improve the anti-seismic capacity of the whole house shows that comparing with the original structure, narrowing the scope of reinforcement, reinforcement can reduce the cost, which can be used for reference for similar projects.

frame-shearwall structure, strengthening of structure, torsional displacement ratio

1009-6825(2017)22-0023-03

2017-05-28

刘文彬(1983- )，男，工程师

TU398.2

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