王秀翠

（山東省龍口市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限公司 山東省龍口市 265701）

1 工程概況

本文以山東省某學(xué)校教學(xué)樓工程的框剪結(jié)構(gòu)工程為例。山東省要求學(xué)校、醫(yī)院、養(yǎng)老院等工程需要在國(guó)家規(guī)定的基礎(chǔ)上，除了提高抗震構(gòu)造措施外，還要將地震力按提高一檔進(jìn)行計(jì)算。該工程地震作用需按Ⅷ度0.2g進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施如果按照框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，均應(yīng)按二級(jí)計(jì)算。試算了一下柱子的截面及配筋都非常大?？紤]到學(xué)校建筑為乙類重要建筑，地震力較大，需考慮二道防線的設(shè)計(jì)思路，因此采用框架——剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.1 框架——剪力墻

框架——剪力墻是一種框架和剪力墻同時(shí)受力的結(jié)構(gòu)，要考慮二者的協(xié)同工作。該工程剪力墻為二級(jí)，框架為三級(jí)。結(jié)構(gòu)布置時(shí)，盡可能在兩個(gè)山墻布置剪力墻，但由于我的這個(gè)工程中，教學(xué)樓的教室上下墻體不在同一位置，因此Y向墻體不能南北在同一軸線。X向墻體由于《中小學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，窗間墻不能大于1m，因此X向也僅能在零碎的位置布置墻體。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建模

建模時(shí)，因一層層高5100，其他層層高4000，我一層先采用300厚的墻體，二層以上采用240厚墻體，柱子大小采用600×600。洞口寬度均為3600，洞口高度至板下500，也就是說(shuō)連梁高度500，相當(dāng)于均是弱連梁。結(jié)構(gòu)中的墻、梁、板、柱混凝土標(biāo)號(hào)均為C30，板厚為150。試算完，先看了整體的三大指標(biāo)，基本上都滿足，只是位移的計(jì)算結(jié)構(gòu)剛剛滿足1/800。但配筋結(jié)果是“萬(wàn)里江山一片紅”。連梁超筋、柱的剪壓比超筋、一層的墻體全截面超筋（全截面配筋率大于5%）、框架梁的剪壓比超筋、柱的節(jié)點(diǎn)域超筋。凡是有可能超筋的情況均出現(xiàn)了。再一查二道防線調(diào)整系數(shù)，該比值都已經(jīng)大于4了，說(shuō)明柱子比較弱。雖說(shuō)規(guī)范中對(duì)該數(shù)值沒有上限值，但顯然是地震來(lái)臨時(shí)柱子需要分擔(dān)很大一部分剪力。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，我覺得還是應(yīng)該讓剪力墻來(lái)承擔(dān)較多的剪力，盡量調(diào)整該比值在2范圍波動(dòng)。于是，我將一層的柱及墻的標(biāo)號(hào)調(diào)整為C35，部分柱子調(diào)整為700×700，這次試算完的結(jié)果比上次要好了很多，起碼結(jié)構(gòu)的位移為1/820，但仍然還有部分墻的全截面超筋，連梁剪壓比超筋。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超筋

超筋問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的令人頭疼的問題。對(duì)于全截面超筋問題，我先看計(jì)算結(jié)果中的結(jié)構(gòu)重心與形心的位置是否重合。根據(jù)他們的坐標(biāo)，通過(guò)調(diào)整板厚及構(gòu)件的截面尺寸，盡可能使他們重合，這樣可以減少偏心引起的附加彎矩和扭轉(zhuǎn)。在上述條件基本滿足的情況下，調(diào)整結(jié)構(gòu)在X、Y兩個(gè)方向的剛度基本相差不大。這些方案處理完了以后，計(jì)算結(jié)果仍然是一層左邊山墻的四段墻體全截面超筋，山墻的一層、二層連梁剪壓比超筋。針對(duì)上述超筋問題，結(jié)合本工程，我談一下自己采用的幾種方法：

1.3.1 墻肢全截面超筋

增加墻體的厚度，即增大截面的寬度，但往往采用加大墻厚，使得地震力也加大，該方法要與整體計(jì)算結(jié)果結(jié)合使用；減少洞口的寬度，即增大墻肢的長(zhǎng)度；減少洞口的高度，使弱連梁形成的獨(dú)立墻肢變成整片墻肢共同計(jì)算。

1.3.2 連梁剪壓比超筋的調(diào)整

試算時(shí)，根據(jù)連梁分擔(dān)的剪力V與最大能承擔(dān)的剪力Fv=0.24fcBHo之間的比值來(lái)確定調(diào)整方法；如果兩者的比值很大，通過(guò)減少墻厚或加大剪力墻上洞口的尺寸以減少結(jié)構(gòu)的整體剛度。使得V與Fv的數(shù)值盡可能接近；調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度后，如連梁仍然剪壓比超筋，可通過(guò)增加或減少截面的高度，即調(diào)整Ho的大小，到底是應(yīng)該增加梁高還是減少梁高，這要從計(jì)算的剪力V與Fv兩者的比值增大或減少的幅度上連判斷，從而確定連梁的高度；條件許可的情況下調(diào)整，調(diào)整截面的寬度B也是一個(gè)可行的方法，尤其是將截面寬度調(diào)整至350以上，連梁可配四肢箍時(shí)；如果連梁的高度，墻的厚度均不能再重新調(diào)整，可采用加大混凝土標(biāo)號(hào)。

2 框剪結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

2.1 抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

①為了有效提高高層建筑抗震性能，可以將剪力墻設(shè)計(jì)成四周有梁柱的并且?guī)в羞吙虻膲ΑＶ饕且驗(yàn)?，邊框墻可以使斜裂縫向相鄰墻面擴(kuò)展的現(xiàn)象得以避免，而且當(dāng)墻板遭到破壞后，還看將其作為承重構(gòu)件，起到承重的作用。②對(duì)每肢墻的高寬比進(jìn)行合理的控制。雙肢墻或多肢墻的設(shè)計(jì)，可以使出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫和洞口連梁處的裂縫和屈服部位得到有效的控制，同時(shí)還能夠降低其剛度，從而避免剪切破壞或者是底部墻體過(guò)早屈服現(xiàn)象的發(fā)生。③剪力墻的剛性連梁，其跨高比一般為1。當(dāng)連梁的跨高比為5時(shí)，具有較好的延性和耗能，并且連梁兩端相對(duì)豎向位移的延性系數(shù)都高于8，滯回曲線的飽滿度也比較高；當(dāng)跨高比降至1時(shí)，延性系數(shù)則也會(huì)隨之降低，達(dá)到3，并且滯回曲線遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離飽滿度，最終導(dǎo)致彎剪遭到破壞。因此，需要對(duì)其組成和構(gòu)造進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。即在梁高的一半位置處留一水平通縫，并在縫的上、下兩側(cè)各埋置一個(gè)開有橢圓形螺栓的鋼板，最后用高強(qiáng)螺栓將兩個(gè)鋼板連結(jié)在一起，從而使連梁具有一定的“剛性”功能。如果在大震的作用下，導(dǎo)致兩鋼板有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，此時(shí)就會(huì)使剛性連梁工作時(shí)跨高比由1變?yōu)?，并且延性系數(shù)提高了3倍多。

2.2 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，要使用配比較高的砂石來(lái)保證地基的密實(shí)度，同時(shí)還要設(shè)置抗拔錨桿，以此來(lái)提高建筑基礎(chǔ)的抗拔強(qiáng)度。在減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，要多利用耗能支撐、剪力墻、樓板等組成的耗能減振系統(tǒng)來(lái)減少風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的影響。對(duì)于風(fēng)荷載與水平力的問題，要對(duì)高風(fēng)壓區(qū)進(jìn)行加固。這主要是從水平壓力、水平荷載內(nèi)力等方面進(jìn)行綜合考慮，來(lái)為高層建筑進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

2.3 抗震性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化的建筑工程多以高層建筑為主，對(duì)于高層建筑而言，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震性能設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，尤其是在汶川地震后，人們深刻地認(rèn)識(shí)到抗震性能設(shè)計(jì)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與人們生命安全的影響。為了提高框剪結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的抗震性能應(yīng)從優(yōu)化剪力墻抗震性設(shè)計(jì)和框架抗震性設(shè)計(jì)兩方面考慮。①在剪力墻抗震性設(shè)計(jì)中需要考慮到墻體的傾斜問題，可以在設(shè)計(jì)中增加梁柱結(jié)構(gòu)，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。增加的梁柱結(jié)構(gòu)可以提高剪力墻的承受力，降低剪力墻墻體在地震中受到損壞的可能性。這種方法主要是減少剪力墻墻肢的受力面積，通過(guò)多墻肢或雙墻肢減少結(jié)構(gòu)裂縫的可能性，并且提高結(jié)構(gòu)剛性。②在框架結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)中，縱向框架結(jié)構(gòu)與橫向框架結(jié)構(gòu)的連接關(guān)鍵在于角柱設(shè)計(jì)的合理性，合理的角柱強(qiáng)化設(shè)計(jì)可以增加框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增加框架的抗剪能力。而剪力墻在該工程中的平面框架外圍數(shù)量的增加，可以提高其整體結(jié)構(gòu)的抗負(fù)荷性，提高其抗震效果。③可以提高結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，在結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)中，要達(dá)到體系延性與剛度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以滿足建筑的抗震要求。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，框剪結(jié)構(gòu)既要考慮剪力墻的作用，又要考慮框架的協(xié)同作用，設(shè)計(jì)時(shí)需要合理布置結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理判斷調(diào)整方向，以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果。

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