对框架中设置少量剪力墙的结构体系的探讨
程海艳+程其芬
摘 要】根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》，对布置少量剪力墙的框架-剪力墙结构在设计时采用不同的结构体系分析进行探讨，以确定结构计算中选取合适的结构体系。
【关键词】框架；框架-剪力墙；规定的水平力；倾覆力矩
Discussion on the framework set up a small amount of shear wall structure system
Cheng Hai-yan,Cheng Qi-fen
(Three Gorges University Institute of Architectural Design Yichang Hubei 443002)
【Abstract】According to "high-rise building concrete structures" and "Seismic Design of Buildings", arranged for a small amount of shear wall frame - shear wall structure with different structural systems designed to explore the analysis to determine the structural calculations, select the appropriate architecture.
【Key words】Frame;Frame - shear wall;Horizontal force required;Overturning moment
1. 前言
近年来在结构设计中会碰到一些高层建筑，由于功能要求不好布置剪力墙，不能采用框架-剪力墙结构体系。当采用框架结构体系时，虽能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（以下简称《高规》）中对A级高度钢筋混凝土高层建筑最大使用高度的要求，但计算结果中位移和周期比无法满足规范要求，在框架结构体系中增加少量的剪力墙才能使计算满足规范要求。那就会有如下几个问题：（1）布置多少剪力墙算少量剪力墙？（2）布置了少量剪力墙的框架应算框架结构还是框架-剪力墙结构？（3）在进行计算时，程序中的结构体系信息是选择框架结构还是框架-剪力墙结构？
2.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）以下简称《抗规》中第6.2.2条对抗震等级为一、二、三、四级的框架梁柱的内力设计值做了调整，有目的的增大柱的内力，体现“强柱弱梁”的设计概念。“ηc——框架柱端弯矩增大系数；对框架结构，一、二、三、四级可分别为1.7、1.5、1.3、1.2；其他结构类型中的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级可取1.1.”；6.2.5条：“ηvc——柱剪力增大系数；对框架结构，一、二、三、四级可分别取1.5、1.3、1.2、1.1；对其他结构类型的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级可取1.1。”从中可以看出框架柱弯矩增大系数和柱剪力增大系数不仅与结构的抗震等级有关，还与其结构体系有关；框架结构的计算及构造措施更高于框架-剪力墙结构，故在对高层建筑进行结构设计之前，必须先判定其结构体系，本文仅针对在框架中设置少量剪力墙的结构体系进行探讨
（1）《高规》第8.1.3条明确了抗震设计的框架-剪力墙结构，应根据在规定水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总倾覆力矩的比值来确定相应的计算方法。当在规定的水平力作用下框架部分承担的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%但不大于80%时，意味着剪力墙的数量偏少，按框架-剪力墙结构设计，最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分抗震等级和轴压比均宜按框架结构规定采用；当框架承担的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的80%时，意味着结构中剪力墙的数量极少，按框架-剪力墙结构设计，最大适用高度应按框架结构采用，框架部分抗震等级和轴压比均应按框架结构规定采用。
（2）框架结构设置少量剪力墙的结构体系以框架结构作为受力主体，通过增加适量的剪力墙数量，对框架结构的受力性能和结构指标进行调节和改善以满足规范的要求。
（3）以某大楼为例，抗震设防烈度6度，场地类别为Ⅲ类，地上15层，地下1层，结构嵌固在地下室顶板，地下室层高为4.2m，第1层层高为5.5m，第2~7层层高为4.2m，8层及以上各层层高为3.6m，室内外高差为0.45m，房屋结构计算高度为H=5.5+4.2x6+3.6x8+0.45=59.95m。此高度小于60m，满足《高规》第3.3.1条A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度，此结构可采用框架结构体系，但经计算，其结构位移及周期指标不满足《高规》的要求，需要采取增加剪力墙的措施，由于建筑功能的限制，仅在建筑四角角部布置了剪力墙，计算后发现，在规定水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%，意味着该结构的剪力墙数量极少。
（4）按《高规》第8.1.3.4条的要求，该结构应按框架剪力墙进行设计，抗震等级及轴压比控制按框架结构控制。
（5）《抗规》第6．1．3 条指出，钢筋混凝土房屋抗震等级的确定：当设置少量抗震墙的框架结构，在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。
（6）对《抗规》的上述规定可以从以下几个方面理解： 关于框架和抗震墙组成的结构的抗震等级。设计中有三种情况：其一，个别或少量框架，此时结构属于剪力墙结构体系的范畴，其剪力墙的抗震等级，仍按剪力墙结构确定；框架的抗震等级可参照框架-剪力墙结构的框架确定。其二，当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时，其框架部分是次要抗侧力构件，按本规范表6．1．2框架-抗震墙结构确定抗震等级；其三，墙体很少，在规定的水平力作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定。
（7）《抗规》明确了底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时仍属于框架结构范畴。
（8）按多道抗震防线的概念设计要求，框架-剪力墙结构，墙体是第一道防线，对于这种少墙框架结构，剪力墙抗震性能较差，剪力墙受力过大，易过早破坏，当剪力墙出现裂缝而刚度退化后，引起框架和剪力墙之间的塑性内力重分布，使框架成为主要的抗侧力构件，此时虽然整体刚度减小，所吸收的地震能量也减少，但框架部分承担的地震作用反而有可能增大，故笔者认为，这种少墙框架应同《抗规》的规定按框架结构进行设计，让框架部分成为抗震的第一道防线。
（9）虽然《高规》第8.1.3.4条规定“……框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。……”但在模型计算时选用了框架结构和框架-剪力墙结构其计算结果是不一样的，如前所述的内力调整，柱子的最小配筋率等，为满足“小震不坏，大震不倒”的抗震设防目标，应选用对结构有利的结构形式进行设计。
3. 结语
框架中布置少量剪力墙的框架剪力墙结构属于一种特殊的结构体系，在设计中和使用中存在很多不确定的因素，加之《高规》与《抗规》的不同，给我们的结构设计带来了很多的疑惑，又因为这种少墙框架结构抗震性能差，所以在进行结构设计的时候，当一定要采用此种结构体系时，一定要认真对待，仔细分析，按框架结构及框架-剪力墙结构均进行计算比较，合理设计。
同时设计中应尽量采用概念清晰，体系明确的框架-剪力墙结构形式，以使结构更安全合理，经济适用。
参考文献
［1］ JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
［2］ GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］．
［作者简介］ 程海艳，女，职称：工程师。
程其芬，女，职称：工程师。
摘 要】根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》，对布置少量剪力墙的框架-剪力墙结构在设计时采用不同的结构体系分析进行探讨，以确定结构计算中选取合适的结构体系。
【关键词】框架；框架-剪力墙；规定的水平力；倾覆力矩
Discussion on the framework set up a small amount of shear wall structure system
Cheng Hai-yan,Cheng Qi-fen
(Three Gorges University Institute of Architectural Design Yichang Hubei 443002)
【Abstract】According to "high-rise building concrete structures" and "Seismic Design of Buildings", arranged for a small amount of shear wall frame - shear wall structure with different structural systems designed to explore the analysis to determine the structural calculations, select the appropriate architecture.
【Key words】Frame;Frame - shear wall;Horizontal force required;Overturning moment
1. 前言
近年来在结构设计中会碰到一些高层建筑，由于功能要求不好布置剪力墙，不能采用框架-剪力墙结构体系。当采用框架结构体系时，虽能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（以下简称《高规》）中对A级高度钢筋混凝土高层建筑最大使用高度的要求，但计算结果中位移和周期比无法满足规范要求，在框架结构体系中增加少量的剪力墙才能使计算满足规范要求。那就会有如下几个问题：（1）布置多少剪力墙算少量剪力墙？（2）布置了少量剪力墙的框架应算框架结构还是框架-剪力墙结构？（3）在进行计算时，程序中的结构体系信息是选择框架结构还是框架-剪力墙结构？
2.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）以下简称《抗规》中第6.2.2条对抗震等级为一、二、三、四级的框架梁柱的内力设计值做了调整，有目的的增大柱的内力，体现“强柱弱梁”的设计概念。“ηc——框架柱端弯矩增大系数；对框架结构，一、二、三、四级可分别为1.7、1.5、1.3、1.2；其他结构类型中的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级可取1.1.”；6.2.5条：“ηvc——柱剪力增大系数；对框架结构，一、二、三、四级可分别取1.5、1.3、1.2、1.1；对其他结构类型的框架，一级可取1.4，二级可取1.2，三、四级可取1.1。”从中可以看出框架柱弯矩增大系数和柱剪力增大系数不仅与结构的抗震等级有关，还与其结构体系有关；框架结构的计算及构造措施更高于框架-剪力墙结构，故在对高层建筑进行结构设计之前，必须先判定其结构体系，本文仅针对在框架中设置少量剪力墙的结构体系进行探讨
（1）《高规》第8.1.3条明确了抗震设计的框架-剪力墙结构，应根据在规定水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总倾覆力矩的比值来确定相应的计算方法。当在规定的水平力作用下框架部分承担的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%但不大于80%时，意味着剪力墙的数量偏少，按框架-剪力墙结构设计，最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分抗震等级和轴压比均宜按框架结构规定采用；当框架承担的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的80%时，意味着结构中剪力墙的数量极少，按框架-剪力墙结构设计，最大适用高度应按框架结构采用，框架部分抗震等级和轴压比均应按框架结构规定采用。
（2）框架结构设置少量剪力墙的结构体系以框架结构作为受力主体，通过增加适量的剪力墙数量，对框架结构的受力性能和结构指标进行调节和改善以满足规范的要求。
（3）以某大楼为例，抗震设防烈度6度，场地类别为Ⅲ类，地上15层，地下1层，结构嵌固在地下室顶板，地下室层高为4.2m，第1层层高为5.5m，第2~7层层高为4.2m，8层及以上各层层高为3.6m，室内外高差为0.45m，房屋结构计算高度为H=5.5+4.2x6+3.6x8+0.45=59.95m。此高度小于60m，满足《高规》第3.3.1条A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度，此结构可采用框架结构体系，但经计算，其结构位移及周期指标不满足《高规》的要求，需要采取增加剪力墙的措施，由于建筑功能的限制，仅在建筑四角角部布置了剪力墙，计算后发现，在规定水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%，意味着该结构的剪力墙数量极少。
（4）按《高规》第8.1.3.4条的要求，该结构应按框架剪力墙进行设计，抗震等级及轴压比控制按框架结构控制。
（5）《抗规》第6．1．3 条指出，钢筋混凝土房屋抗震等级的确定：当设置少量抗震墙的框架结构，在规定的水平力作用下，底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其框架的抗震等级应按框架结构确定，抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。
（6）对《抗规》的上述规定可以从以下几个方面理解： 关于框架和抗震墙组成的结构的抗震等级。设计中有三种情况：其一，个别或少量框架，此时结构属于剪力墙结构体系的范畴，其剪力墙的抗震等级，仍按剪力墙结构确定；框架的抗震等级可参照框架-剪力墙结构的框架确定。其二，当框架-抗震墙结构有足够的抗震墙时，其框架部分是次要抗侧力构件，按本规范表6．1．2框架-抗震墙结构确定抗震等级；其三，墙体很少，在规定的水平力作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定。
（7）《抗规》明确了底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时仍属于框架结构范畴。
（8）按多道抗震防线的概念设计要求，框架-剪力墙结构，墙体是第一道防线，对于这种少墙框架结构，剪力墙抗震性能较差，剪力墙受力过大，易过早破坏，当剪力墙出现裂缝而刚度退化后，引起框架和剪力墙之间的塑性内力重分布，使框架成为主要的抗侧力构件，此时虽然整体刚度减小，所吸收的地震能量也减少，但框架部分承担的地震作用反而有可能增大，故笔者认为，这种少墙框架应同《抗规》的规定按框架结构进行设计，让框架部分成为抗震的第一道防线。
（9）虽然《高规》第8.1.3.4条规定“……框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。……”但在模型计算时选用了框架结构和框架-剪力墙结构其计算结果是不一样的，如前所述的内力调整，柱子的最小配筋率等，为满足“小震不坏，大震不倒”的抗震设防目标，应选用对结构有利的结构形式进行设计。
3. 结语
框架中布置少量剪力墙的框架剪力墙结构属于一种特殊的结构体系，在设计中和使用中存在很多不确定的因素，加之《高规》与《抗规》的不同，给我们的结构设计带来了很多的疑惑，又因为这种少墙框架结构抗震性能差，所以在进行结构设计的时候，当一定要采用此种结构体系时，一定要认真对待，仔细分析，按框架结构及框架-剪力墙结构均进行计算比较，合理设计。
同时设计中应尽量采用概念清晰，体系明确的框架-剪力墙结构形式，以使结构更安全合理，经济适用。
参考文献
［1］ JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
［2］ GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］．
［作者简介］ 程海艳，女，职称：工程师。
程其芬，女，职称：工程师。
