浅析框支剪力墙结构抗震设计的若干问题

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

摘要：结合工作实际，介绍框支剪力墙结构体系，简单阐述该类工程的抗震设计及性能设计等设计的流程，分析抗震设计存在的若干问题，对以后同类的工程设计的抗震设计起到一定的现实指导意义。 

关键词：框支剪力墙；结构设计；抗震  中图分类号： s611 文献标识码：a 文章编号：  近年来我国房地产业不断发展，房地产商为节约成本提高经济效益，建筑高度不断提升。2008年汶川地震后，国家对房地产业，提别是建筑抗震设计要求进一步加强。框支剪力墙结构是常见的抗震结构，本文仅针对框支剪力墙结构的抗震设计所面临的若干问题做出简单分析。  1 框支剪力墙结构的概念设计  在剪力墙结构中，不允许将全部或部分剪力墙设计成框支，必须要有一定数量的落地剪力墙，组成部分框支剪力墙结构，因此在概念设计上不允许出现全部框支剪力墙结构。落地剪力墙可以弥补框支剪力墙的软弱，抵抗大部分地震剪力、倾覆弯矩，确保抗侧刚度相对很小的框支柱在地震作用及水平荷载下的安全，从而保避免整个结构产生震害。  经过这些年的结构设计谈谈对框支剪力墙概念设计的理解  （1）结构平面布置要规则、对称、建筑平面避免过大的凹槽、内收及楼板大面积开洞以及抗震规范要求不允许出现的不规则平面。因为在地震作产生的水平力要靠楼盖均匀地传递到各个竖向构件（剪力墙、柱）上，如果楼板不连续、或则不规则，各个竖向构件就会传力不均,使其平面质量中心与刚度中心不重合,使结构绕刚心发生扭转,导致同层构件同一方向上产生不同位移,严重时导致结构整体破坏,所以在结构设计中,必须对结构平面布置不规则扭转问题提起足够重视。  （2）除核心筒落地外，落地剪力墙的布置宜对称、在满足建筑使用要求的前提下尽可能使结构平面外围的上部剪力墙落地贯通，同时剪力墙的布置尽量使结构刚度中心与结构质心重合，增大结构的抗扭刚度，减小扭转产生的位移。  （3）控制转换层上下楼层刚度比、及转换层下部与上部的等效刚度。加强框支层刚度，要求转换层及上、下楼层刚度基本均匀，使转换层上、下结构整体抗侧刚度接近，当下部刚度不够足时，可以适当加大底部剪力墙的混凝土强度等级、厚度、增设剪力墙等。  《高规》规定当底部只有1至2层框支层时，要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.4，抗震设计时不应小于0.5；当底部框支层在三层及以上时，要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。但是笔者认为设计人员不能以规范的最低要求控制，转换层下部与上部等效刚度比如果接近与1最好。  （4）加强转换层下部楼层，避免在转换层以下出现薄弱层，增大落地剪力墙抗剪抗弯能力，同时控制框支柱的轴压比，框支柱采用复合箍全高加密形式，来增强框支柱的延性变形能力。转换层以下结构混凝土强度等级不能太高，否则混凝土构件塑性能力差，抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及当地混凝土强度等级受限的前提下，可以采用芯柱或者加型钢的办法来提高轴压比及延性性能的要求。  （5）转换层上部宜少采用短肢剪力墙，尽量布置普通剪力墙，因为短肢剪力墙的抗震等级要比普通剪力墙抗震等级高、抗震措施要求比普通剪力墙要求更严格，短肢剪力墙抗侧能力也不及普通剪力墙，不利于优化设计。  （6）尽量不要采取高位转换或者更高位转换(转换层层数超过规范要求的层数时)，转换层以下层数越多抗震性能越不好，因为高位转换时刚度和质量都较大的转换层随之升高，相当于结构重心上移、刚心上移!不利于抗震优化设计。  （7）由于转换层质量大、刚度突变，除转换层本层楼盖加强外，设计上宜加强转换层上、下楼层的楼盖刚度。  （8）各个构件的设计必须满足结构设计规范的各项抗震措施及抗震构造措施要求，才能发挥结构的抗震性能要求。  2 剪力墙墙肢厚度和长度的选取  （1）墙肢厚度的选取  对框支剪力墙结构的上部楼层多数为住宅，如果采用短肢剪力墙，《规范》规定其抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级要高。对于住宅建筑，填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.8～3.0m，故墙厚取200mm，除底层加强区的一字形短肢剪力墙外，均能满足规范要求。  对于无地下室的高层住宅，因其基础埋深一般在2.5m以上，则底层墙体高度会在5.0m以上，若按层高的1/16确定墙厚，将超过300mm，大于填充墙厚度。为避免出现此种情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量不用一字形剪力墙，而采用l，t，z，十字形等截面形式，且使翼缘长度大于其厚度的3倍。这样，一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度的l/16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m，故厚度采用200mm满足构造要求。  （2）墙肢的长度  剪力墙墙肢长度（即墙肢截面高度）一般不宜大于8m。剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。同时结构设计中笔者建议少采用短肢剪力墙。  3 对剪压比超限的连梁处理  剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度，以减少连梁吸收的地震力，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时，想通过调整使计算结果不超筋是困难的，也没有必要。从连梁的作用来说，首先它是在两个墙肢之间传递内力，对墙肢起到约束作用；其次，它是在地震来临时充当第一道防线，起到耗能作用。因此，对于减少连梁的高度仍然超筋连梁（指抗剪超筋）的设计，应按《高规》该连梁截面能承受的最大剪力计算连梁抗剪箍筋，再根据该剪力值计算出连梁端部弯矩（为简化起见，假设反弯点在中点），并作适当折扣（例如：一级乘以0.8），然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。这样做的目的是为了保证连梁的强剪弱弯，故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而在设计时，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力，抗剪能力是有富余的，此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是，连梁对墙肢的约束作用比计算的要小，其结果是墙肢的内力比计算值要大，可以在电算时对此类墙肢的地震力放大系数进行调整，按调整后的电算结果适当加强相邻墙肢的配筋。  4 转换层上部剪力墙超筋的处理  框支剪力墙结构由于转换层上下构件不连续、刚度突变以及转换梁竖向变形等因素，设计者在计算过程中往往会出现转换层上部一层或者两层剪力墙超筋现象。  （1）当出现剪力墙边缘构件超筋警告时设计根据具体情况调整剪力墙截面、改变结构布置或者手工复核配筋率是否超出规范的控制要求。  （2）当剪力墙水平筋超筋时，这种情况多数是结构布置不合理，必须调整剪力墙结构布置。