少墙框架结构设计中常见问题的分析

2017-11-22苏明于王惠艳

绿色环保建材 2017年1期

关键词：框架结构层间限值

苏明于王惠艳

天津丰和建筑设计有限公司

少墙框架结构设计中常见问题的分析

苏明于王惠艳

天津丰和建筑设计有限公司

在八度地震区，多层和小高层建筑采用少墙框架结构，既可减小框架柱截面，又能满足弹性层间位移角限值要求。但规范未对少墙框架结构中的框架及剪力墙予以量化说明，本文针对少量框架结构设计中容易困惑的问题给予了分析，并提出了几点处理措施。

少墙框架；包络设计；层间位移角；超筋

1 前言

随着建筑行业的快速发展，城市建筑结构体系越来越多样化。由于八度地震区较高的地震力，多层和小高层建筑经常采用少墙框架结构体系。这种结构体系既可减小框架柱截面，又能满足弹性层间位移角限值要求。但是少墙框架结构设计过程中，也出现了一些亟须解决的问题。

2 少墙框架结构的概念

依据高层建筑混凝土结构技术规程，框剪结构中当框架部分承担的地震倾覆力矩超过总地震倾覆力矩的80%时，按框架-剪力结构设计计算，最大适用高度不宜超过纯框架结构。框架部分的轴压比限值和抗震等级应按纯框架结构执行，剪力墙部分的轴压比限值和抗震等级宜按框架-剪力墙结构执行。由于框架部分承担了绝大部分的地震作用，工作性能非常接近于纯框架结构，这种结构形式属于少墙框架结构。

设置少量剪力墙在理论上并没有改变结构体系，仍属于框架结构；在少墙框架结构中，框架是主要的抗侧力构件。在风载或地震作用很小时，剪力墙仅提供弹性刚度，以减少框架结构弹性层间位移角。在设防烈度地震及罕遇地震时，剪力墙塑性开展，刚度退化。在剪力墙很少的框架结构中，剪力墙不能成为第一道防线。

3 少墙框架结构的设计

少墙框架结构主要应用于八度地震区，由于地震作用的随机性和场地类别的多样性，计算模型与实际工程也存在一定的差异，对于少墙框架结构的设计应注意以下几方面：

（1）少墙框架中墙的布置要尽量均匀对称布置，以便降低扭转效应对结构稳定性的影响。在实际工程中如果不能做到对称布置，要尽量使结构的刚度中心和质量中心接近，从而来减少水平荷载所引起的扭矩。少墙框架的剪力墙应尽量布置在楼梯间、电梯间、平面形状变化明显的地方，同时剪力墙之间要保持一个适当的间距。少墙框架结构在设计中应采用双向抗侧力体系，保证少墙框架结构在纵、横两个方向上能有相近的抗侧强度。

（2）结构分析计算应考虑剪力墙与框架协同工作，其框架部分的计算应采用框架结构模型和框剪结构模型二者计算结果中的较大值。规范虽未明确要求要按纯框架结构计算，但对这一特殊的框架结构，极限承载力、弹塑性变形限值均应满足现行规范要求。因此，按纯框架结构的要求进行的补充计算是非常必要的。

（3）关于剪力墙部分的设计，一般采用两种方案：一种是“放”，一种是“强”。“放”的原则是按框架-剪力墙协同工作计算，剪力墙的抗震等级可以采用四级，剪力墙仅按构造要求配筋。设置剪力墙的主要目的是减小框架结构的弹性位移，使其满足规范对弹性层间位移角限值要求，可不考虑剪力墙的承载能力，剪力墙仅需满足竖向承载力要求，可按构造要求配筋；“强”的设计原则是按框架-剪力墙协同工作计算，剪力墙的抗震等级宜按框剪结构确定，并按计算结果配筋设计；第二种方案也是审图中心经常提出的设计要求，依据就是规范要求考虑剪力墙与框架的协同工作。

4 少墙框架结构的层间位移角限值

在结构设计过程中，层间位移角限值是一个重要的参数指标，为了保证结构的承载力和舒适度要求，结构必须有足够的刚度以避免产生过大的位移。规范要求钢筋混凝土框架结构和框架-剪力墙结构的弹性层间位移角限值分别为1/550和1/800，弹塑性层间位移角限值分别为1/50和1/100。

笔者认为对于少墙框架结构，层间位移角控制指标宜按底层框架部分承担倾覆力矩（Mc）与总倾覆力矩（Mo）的比值确定，在框架结构和框架-剪力墙结构层间位移角控制指标之间适当插值。如表1所示：

表1 少墙框架层间位移角限值

5 少墙框架结构超筋问题的解决

在八度地震区，为了控制少墙框架结构弹性层间位移角限值，经常导致墙、柱的配筋特别大，甚至出现超筋的情况。对于这种超筋情况，加大墙柱截面尺寸并不是最好的解决方法，有时还会导致超筋更严重。为了避免剪力墙和框架柱超筋，可采用以下措施：首先通过调整剪力墙的布置，使剪力墙和框架均匀分担地震剪力，应避免某片区域剪力墙承担的地震剪力过于集中；其次底层框架柱截面不宜过小，应保证底层框架柱承担的倾覆力矩不少于总倾覆力矩80%，这样可减少剪力墙分担的地震剪力。

当剪力墙出现少量超筋情况不可避免时，应采用截面的最大配筋率来进行计算，综合考虑剪力墙的承载能力。对抗剪不超筋而抗弯超筋的剪力墙，按计算要求配置剪力墙的水平及竖向分布钢筋，按剪力墙端部最大配筋要求配置端部纵向钢筋。对抗剪超筋的剪力墙，按剪力墙的剪压比等于2.5时确定剪力墙的抗剪承载力并确定墙的水平钢筋；按强剪弱弯确定墙的竖向钢筋。如果剪力墙与框架柱相连，可采用剪力墙和框架柱整体配筋，竖向钢筋总配筋率不应超过5%。