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配置少量剪力墙的框架结构(建筑结构.技术通讯2007.5)

(2007-08-01 19:19:06)
分类: 第三部分:网上问答
 

对配置少量剪力墙的框架结构的理解与设计建议

(注意:文章上传过程图表及单位可能有丢失,请核对原文)

一、对规范规定的理解

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002(以下简称“高规”)第6.1.7条指出:“抗震设计的框架结构中,当仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时,结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作”。对“高规”的上述规定可以从以下几方面理解:

1.设置剪力墙并没有改变结构体系,是带有少量剪力墙的框架结构,属于一种特殊的结构形式,但仍是框架结构;

注意:明确结构体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中的地位后,其中框架是主体,是承受竖向荷载的主体,也是主要的抗侧力结构。

2.钢筋混凝土框架结构中,只是在框架结构的位移无法满足规范要求时,才设置少量剪力墙,设置少量剪力墙的目的在于满足规范对框架结构的位移限值要求;

注意:不是满足框架-剪力墙结构的位移要求,如果要满足框架-剪力墙结构的位移标准,则结构体系变为框架-剪力墙结构。

3.结构分析计算中除应按纯框架结构计算外还应考虑剪力墙与框架的协同工作。

注意:规范虽未明确要按纯框架结构计算,但对这一特殊的框架结构,现行规范和规程对钢筋混凝土框架结构的所有要求(承载力要求、弹性变形限值要求、弹塑性变形限值要求等)均应满足,因此,按纯框架结构的要求进行设计计算是必须的,同时还明确对这类框架结构应按纯框架结构和按框架与剪力墙协同工作(即按框架-剪力墙结构)分别计算,包络设计的必要性。

二、结构设计的相关问题

规范的本条规定尚未明确的问题有:

1.对布置少量剪力墙的框架结构的定量把握

布置少量剪力墙的框架结构与剪力墙较少的框架-剪力墙结构在定量上无明确的界限,如在结构位移仅能满足框架结构限值要求的前提下,可将框架和剪力墙协同工作的结构描述为“配置少量剪力墙的框架结构”,而当结构位移满足框架-剪力墙结构限值要求的前提下,又可将框架和剪力墙协同工作的结构描述为“框架-剪力墙结构”。对结构体系的定性把握的摇摆性加大了结构设计中对结构体系描述的随意性。

2.布置少量剪力墙的框架结构其适用高度规范未予以明确,加大了结构设计中的把握难度。

3.规范规定了考虑剪力墙与框架的协同工作原则,但未明确对剪力墙和框架的具体设计方法。

三、设计建议

为在结构设计中更好地把握规范,笔者提出以下设计建议供参考。

1.对少量剪力墙的定量把握原则

建议当框架的倾覆力矩 不小于结构底部倾覆力矩 的75%时,可将其确定为配置少量剪力墙的框架结构,相关结构的倾覆力矩比要求见表1。

结构体系与框架倾覆力矩比( / )的关系     表1

结构体系

框架倾覆力矩比

对结构体系的影响程度

框架-剪力墙

/ ≤0.5

框架部分的抗震等级及柱轴压比按框架-剪力墙结构中的框架确定

0.75> / >0.5

框架部分的抗震等级及柱轴压比按纯框架结构确定

少量剪力墙的框架

/ ≥0.75

结构的最大适用高度可按配置少量剪力墙的框架结构确定

2.布置少量剪力墙的框架结构的最大适用高度

建议对布置少量剪力墙的框架结构的最大适用高度可比框架结构的最大适用高度适当提高,提高幅度不超过20%(注意:是在框架结构最大适用高度的基础上,增加框架-剪力墙结构最大适用高度与框架结构最大适用高度差值的20%,而不能将框架结构的最大适用高度直接放大20%)。

3.框架的设计原则

1)框架结构按纯框架结构(不计入剪力墙)和框架-剪力墙结构分别计算,包络设计。

2)框架的抗震等级按纯框架结构确定,对房屋的适用高度超出框架结构的最大适用高度(在上述2的范围内)时,可比最大适用高度的框架结构的抗震等级提高一级,已为一级的则采取比一级更更强的抗震措施(采取比一级强,比特一级低的抗震措施,如采取比一级提高20%(参考上述2的原则确定)的加强措施)。

4.剪力墙的设计原则

由于规范未明确布置少量剪力墙的框架结构的计算原则,此处列出三种对此类结构的设计方法供结构设计者选择:

1)全包络设计原则

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作(即按框架-剪力墙结构)计算,取相应计算结果配筋设计;剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙确定。

上述方法是施工图审查单位常提出的设计要求,其理由是:规范要求考虑剪力墙与框架的协同工作(但未明确要求对框架和剪力墙均进行包络设计)。

2)剪力墙构造

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作(即按框架-剪力墙结构)计算,剪力墙的抗震等级取四级,剪力墙则按构造配筋设计。

设计理由:设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值,并使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求,不考虑剪力墙的承载能力要求,因此剪力墙在满足竖向承载力要求的前提下可构造设置。

3)剪力墙按现有截面的最大设计

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作(即按框架-剪力墙结构)计算,剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构确定,剪力墙配筋按计算要求,当剪力墙计算超筋时,在满足强剪弱弯的前提下按截面的最大配筋率配筋设计。

设计理由:设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值,使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求,可有条件(在剪力墙能承担的范围内)考虑剪力墙的承载能力要求,因此剪力墙的可按其最大承载力要求配筋。

4.特别建议

由于布置少量剪力墙的框架结构在设计原则及具体设计中存在诸多不确定因素,给结构设计和施工图审查带来相当的困难,笔者建议,结构设计中应尽量避免采用,尽可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能较好的框架-剪力墙结构。当必须采用时,应提前与施工图审查单位沟通,以利于设计顺利进行,避免返工。

 

 

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