关于框剪结构工程的几点体会

2018-02-14王秀翠

建材与装饰 2018年17期

王秀翠

（山东省龙口市规划建筑设计院有限公司山东省龙口市 265701）

1 工程概况

本文以山东省某学校教学楼工程的框剪结构工程为例。山东省要求学校、医院、养老院等工程需要在国家规定的基础上，除了提高抗震构造措施外，还要将地震力按提高一档进行计算。该工程地震作用需按Ⅷ度0.2g进行结构设计。抗震设计和抗震构造措施如果按照框架结构进行设计时，均应按二级计算。试算了一下柱子的截面及配筋都非常大。考虑到学校建筑为乙类重要建筑，地震力较大，需考虑二道防线的设计思路，因此采用框架——剪力墙结构。

1.1 框架——剪力墙

框架——剪力墙是一种框架和剪力墙同时受力的结构，要考虑二者的协同工作。该工程剪力墙为二级，框架为三级。结构布置时，尽可能在两个山墙布置剪力墙，但由于我的这个工程中，教学楼的教室上下墙体不在同一位置，因此Y向墙体不能南北在同一轴线。X向墙体由于《中小学设计规范》中规定，窗间墙不能大于1m，因此X向也仅能在零碎的位置布置墙体。

1.2 结构设计中的建模

建模时，因一层层高5100，其他层层高4000，我一层先采用300厚的墙体，二层以上采用240厚墙体，柱子大小采用600×600。洞口宽度均为3600，洞口高度至板下500，也就是说连梁高度500，相当于均是弱连梁。结构中的墙、梁、板、柱混凝土标号均为C30，板厚为150。试算完，先看了整体的三大指标，基本上都满足，只是位移的计算结构刚刚满足1/800。但配筋结果是“万里江山一片红”。连梁超筋、柱的剪压比超筋、一层的墙体全截面超筋（全截面配筋率大于5%）、框架梁的剪压比超筋、柱的节点域超筋。凡是有可能超筋的情况均出现了。再一查二道防线调整系数，该比值都已经大于4了，说明柱子比较弱。虽说规范中对该数值没有上限值，但显然是地震来临时柱子需要分担很大一部分剪力。对于框剪结构来说，我觉得还是应该让剪力墙来承担较多的剪力，尽量调整该比值在2范围波动。于是，我将一层的柱及墙的标号调整为C35，部分柱子调整为700×700，这次试算完的结果比上次要好了很多，起码结构的位移为1/820，但仍然还有部分墙的全截面超筋，连梁剪压比超筋。

1.3 结构设计中的超筋

超筋问题是结构设计中的令人头疼的问题。对于全截面超筋问题，我先看计算结果中的结构重心与形心的位置是否重合。根据他们的坐标，通过调整板厚及构件的截面尺寸，尽可能使他们重合，这样可以减少偏心引起的附加弯矩和扭转。在上述条件基本满足的情况下，调整结构在X、Y两个方向的刚度基本相差不大。这些方案处理完了以后，计算结果仍然是一层左边山墙的四段墙体全截面超筋，山墙的一层、二层连梁剪压比超筋。针对上述超筋问题，结合本工程，我谈一下自己采用的几种方法：

1.3.1 墙肢全截面超筋

增加墙体的厚度，即增大截面的宽度，但往往采用加大墙厚，使得地震力也加大，该方法要与整体计算结果结合使用；减少洞口的宽度，即增大墙肢的长度；减少洞口的高度，使弱连梁形成的独立墙肢变成整片墙肢共同计算。

1.3.2 连梁剪压比超筋的调整

试算时，根据连梁分担的剪力V与最大能承担的剪力Fv=0.24fcBHo之间的比值来确定调整方法；如果两者的比值很大，通过减少墙厚或加大剪力墙上洞口的尺寸以减少结构的整体刚度。使得V与Fv的数值尽可能接近；调整结构刚度后，如连梁仍然剪压比超筋，可通过增加或减少截面的高度，即调整Ho的大小，到底是应该增加梁高还是减少梁高，这要从计算的剪力V与Fv两者的比值增大或减少的幅度上连判断，从而确定连梁的高度；条件许可的情况下调整，调整截面的宽度B也是一个可行的方法，尤其是将截面宽度调整至350以上，连梁可配四肢箍时；如果连梁的高度，墙的厚度均不能再重新调整，可采用加大混凝土标号。

2 框剪结构工程设计的优化方法

2.1 抗震结构优化设计

①为了有效提高高层建筑抗震性能，可以将剪力墙设计成四周有梁柱的并且带有边框的墙。主要是因为，边框墙可以使斜裂缝向相邻墙面扩展的现象得以避免，而且当墙板遭到破坏后，还看将其作为承重构件，起到承重的作用。②对每肢墙的高宽比进行合理的控制。双肢墙或多肢墙的设计，可以使出现在结构竖缝和洞口连梁处的裂缝和屈服部位得到有效的控制，同时还能够降低其刚度，从而避免剪切破坏或者是底部墙体过早屈服现象的发生。③剪力墙的刚性连梁，其跨高比一般为1。当连梁的跨高比为5时，具有较好的延性和耗能，并且连梁两端相对竖向位移的延性系数都高于8，滞回曲线的饱满度也比较高；当跨高比降至1时，延性系数则也会随之降低，达到3，并且滞回曲线远远偏离饱满度，最终导致弯剪遭到破坏。因此，需要对其组成和构造进行相应的改进。即在梁高的一半位置处留一水平通缝，并在缝的上、下两侧各埋置一个开有椭圆形螺栓的钢板，最后用高强螺栓将两个钢板连结在一起，从而使连梁具有一定的“刚性”功能。如果在大震的作用下，导致两钢板有相对滑动现象的发生，此时就会使刚性连梁工作时跨高比由1变为2，并且延性系数提高了3倍多。

2.2 抗风结构优化设计

在基础设计上，要使用配比较高的砂石来保证地基的密实度，同时还要设置抗拔锚杆，以此来提高建筑基础的抗拔强度。在减振系统设计上，要多利用耗能支撑、剪力墙、楼板等组成的耗能减振系统来减少风荷载对高层建筑的影响。对于风荷载与水平力的问题，要对高风压区进行加固。这主要是从水平压力、水平荷载内力等方面进行综合考虑，来为高层建筑进行加固设计。

2.3 抗震性能优化设计

现代化的建筑工程多以高层建筑为主，对于高层建筑而言，在框架剪力墙结构设计中的抗震性能设计尤为关键，尤其是在汶川地震后，人们深刻地认识到抗震性能设计对于建筑结构稳定性与人们生命安全的影响。为了提高框剪结构工程设计的抗震性能应从优化剪力墙抗震性设计和框架抗震性设计两方面考虑。①在剪力墙抗震性设计中需要考虑到墙体的倾斜问题，可以在设计中增加梁柱结构，提高剪力墙结构的稳定性。增加的梁柱结构可以提高剪力墙的承受力，降低剪力墙墙体在地震中受到损坏的可能性。这种方法主要是减少剪力墙墙肢的受力面积，通过多墙肢或双墙肢减少结构裂缝的可能性，并且提高结构刚性。②在框架结构的抗震性设计中，纵向框架结构与横向框架结构的连接关键在于角柱设计的合理性，合理的角柱强化设计可以增加框架结构的稳定性，增加框架的抗剪能力。而剪力墙在该工程中的平面框架外围数量的增加，可以提高其整体结构的抗负荷性，提高其抗震效果。③可以提高结构整体的抗震能力，在结构的整体设计中，要达到体系延性与刚度的协调统一，以满足建筑的抗震要求。