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【摘 要】结合工程实例，分析了框剪结构设计中需要注意的问题和解决办法，对剪力墙的合理布置，提出了几个建议。
【关键词】框架——剪力墙；扭转；剪弯型；连梁
High-rise building Arrangement of shear wall structure ——Luo Lier ecological park office design experience
Du Yu-zhe
（New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Institute of Architecture Design Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030012）
【Abstract】Engineering example， analyzed the frame structure design issues that need attention and solutions， reasonable layout of shear walls， made several recommendations.
【Key words】Frame - shear wall；Twist；Scissors curved；Coupling beams
1. 引言
在框架结构中的部分跨间布置剪力墙，或把剪力墙结构中的部分剪力墙抽掉改成框架承重，即成为框架——剪力墙结构。它既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时还可充分发挥材料的强度作用，具有较好的经济技术指标，因而被广泛应用于高层办公楼建筑和旅馆建筑中。
2. 工程概况
罗丽尔生态园区办公楼，位于鄂尔多斯市东胜区，总建筑面积29510.06m2，总高度76.3m，主体地上17层、裙房两层、地下1层，一层层高6.7m，二层层高6.4m，三、四层层高4.7m，标准层层高3.9m，采用框架——剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级。
3. 结构设计中的问题
在框架——剪力墙结构的剪力墙设计中，我遇到以下几个问题：
（1）剪力墙布置的问题。
剪力墙布置的过少，会增加框架柱的负担，布置的过多，结构刚度增大，地震力变大。如果布置的不合理还会出现扭转的问题。
（2）剪力墙墙厚的选择。
框剪结构的受力特性与框架和剪力墙不同，上部的剪力墙过厚位移可能不够。
（3）剪力墙中连梁超筋的问题。
当连梁的约束弯矩过大时，连梁的剪力变大，过大的剪力造成连梁超筋。
表1
4. 设计中问题的解决
4.1 剪力墙的布置。
框剪结构中，剪力墙的布置应遵循以下原则：
（1）剪力墙宜均匀对称的布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位。
（2）纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。
（3）剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m，每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
（4）纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内，否则在平面中适 当部位应设置施工后浇带以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响。
由于建筑功能的需要，建筑要求③轴～（15）轴之间不能布置剪力
墙，剩下区域，尽量少布置剪力墙，按照框剪结构剪力墙布置原则和
建筑要求，第一次剪力墙布置如下（见图1），经过计算，结构存在扭转和位移过大，周期及振型结果如下（见表1）。
（5）从表格中可以看出，结构第一振型即为扭转这是不合理的，说明结构中质量与刚度存在偏心，导致了扭转的出现。结构位移X方向为1/703，Y方向为1/760，不满足规范要求的1/800。图中北部剪力墙布置过少，剪力墙分布不均匀，是导致刚度偏心的原因，而总体上剪力墙过少，造成了结构刚度不够，周期变长，太柔，最终使结构的位移不满足要求。分析后，从新布置剪力墙如下（见图2）。
（6）经过计算，结构的扭转和位移满足了规范的要求，周期及振型结果如下（见表2）。从新布置剪力墙后的办公楼结构位移X方向为1/965，Y方向为1/1012，均满足规范要求的1/800。
表2
4.2 剪力墙墙厚的确定。
4.2.1 首先，让我们来看看框剪结构的受力特点和变形性质。框剪结构是由剪力墙结构和框架结构组合而成的，在水平力作用下，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线呈弯曲型（如图3），楼层越高水平位移增长速度越快。框架在水平力作用下，其变形曲线呈剪切型（如下图），楼层越高水平位移增长速度越慢。框剪结构中的剪力墙和框架之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移必须相同。因此，框剪结构在水平力作用下的变形曲线为剪弯型。
4.2.2 框剪结构在水平力作用下，由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层因为剪力墙位移小，它拉着框架变形，使剪力墙承担了大部分剪力；上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变形反而小，所以，框架除负担水平力作用下的那部分剪力以外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此，在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，而框架中仍有相当数值的剪力。
4.2.3 框剪结构中剪力墙的周边应设置梁和端柱组成的边框。规范中有规定剪力墙的截面厚度：（1）抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16。（2）其它情况不应小于160mm，且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度取墙厚的2倍或与框架梁截面等高，边框柱截面宜与该榀框架其它柱的截面相同，且应符合有关框架柱构造配筋规定。 4.2.4 对于本工程，由于初始设计时从标高22.45m到顶墙厚是200mm，结构层间位移X向为1/754，不能满足规范要求，后来从标高22.45m到顶墙厚都变为250mm，有所好转，X向位移减小为1/801，虽然满足了规范1/800的要求，但结果不如想像的那么明显。经分析发现，虽然层间位移不满足规范限值要求，但其所在层数是逐渐上移的，在上部几层，剪力墙的位移越来越大，而框架的位移逐渐变小，两者之间产生拉力，框架需要帮剪力墙的忙，所以，剪力墙沿高度方向取相同的厚度，不但对结构剪力、位移没有好处，反而加重了上部几层框架的负担，对结构不利。后来我把办公楼顶部1/3范围内（标高53.950以上）的剪力墙厚度减小为200mm厚，X向位移减小为1/965，明显满足了要求。下图中圆圈处所标为位移最大处（见图4）。
4.3 连梁超筋的处理。
4.3.1 剪力墙的各墙肢通过连梁形成一个整体，成为联肢墙或壁式框架，从而使该墙段具有较大的抗侧刚度，之所以能够达到较大的抗侧刚度主要是依靠连梁的约束弯矩。当连梁的约束弯矩过大时，连梁的剪力变大，过大的剪力造成连梁超筋。
4.3.2 罗利尔办公楼①轴上的LL8在结构第8～10层出现超筋，解决连梁超筋的方法有如下几条：
（1）提高混凝土等级。
混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（2）增加剪力墙厚度。
即增加连梁的截面宽度，由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（3）减小连梁截面高度。
减小连梁高度，以减小连梁刚度，就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。
（4）连梁刚度的折减。
对剪力墙中连梁弯矩及剪力进行塑性调幅降低其剪力设计值。但在内力计算时已经按《高规》5.2节第5.2.1条的规定降低了连梁的刚度，其调幅范围应当限制或不再继续调幅，以避免在使用状态下连梁中裂缝开裂过早，过大。
（5）连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可假定该连梁在大震下不参与工作，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计，以保证墙肢的安全。
4.3.3 本工程8～10层的混凝土强度等级已经是C40，再提高混凝土的强度不合适，墙厚250mm，也没有必要再增加墙厚。LL8所在的位置在办公楼的角部，此处本来受力就比其它部位要大，容易破坏，应该是需要加强的部位，不能假定连梁在大振下不参与工作。对连梁进行塑性调幅降低其剪力设计值和降低连梁高度成为解决连梁超筋的办法，综合考虑，对连梁进行塑性调幅降有可能使连梁裂缝开裂过早，过大。最后选择降低连梁高度，LL8的大小由原来的250x1000减小为250x750，计算后，连梁超筋的问题得到了解决。
5. 结论
通过以上问题的出现、分析和解决，我们可以看到：
（1）在框架——剪力墙结构的设计过程中，剪力墙的布置一定要合理，分布一定要均匀，以免出现位移不够和扭转的问题。
（2）剪力墙的墙厚从下到上要均匀变化，上部的墙尽量做薄，减小框架柱的负担。
（3）连梁由于过大的约束弯矩容易产生超筋的问题，要了解解决连梁超筋的几种方法，并且能从这几种方法中找到最恰当的一种。
希望我的总结能对同事们在以后的工作中有所帮助。
上述几个问题是我在办公楼结构设计具体过程中遇到的，高规规范对高层建筑框架——剪力墙结构设计提出了较严格的要求，在具体工程中应一一考虑并解决。
参考文献
[1] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002.
[2] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[3] 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
[4] 《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例》 李国胜.
[5] 东南大学、同济大学、天津大学合编《混凝土结构》.
[文章编号]1006-7619（2014）01-17-022
【关键词】框架——剪力墙；扭转；剪弯型；连梁
High-rise building Arrangement of shear wall structure ——Luo Lier ecological park office design experience
Du Yu-zhe
（New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Institute of Architecture Design Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030012）
【Abstract】Engineering example， analyzed the frame structure design issues that need attention and solutions， reasonable layout of shear walls， made several recommendations.
【Key words】Frame - shear wall；Twist；Scissors curved；Coupling beams
1. 引言
在框架结构中的部分跨间布置剪力墙，或把剪力墙结构中的部分剪力墙抽掉改成框架承重，即成为框架——剪力墙结构。它既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时还可充分发挥材料的强度作用，具有较好的经济技术指标，因而被广泛应用于高层办公楼建筑和旅馆建筑中。
2. 工程概况
罗丽尔生态园区办公楼，位于鄂尔多斯市东胜区，总建筑面积29510.06m2，总高度76.3m，主体地上17层、裙房两层、地下1层，一层层高6.7m，二层层高6.4m，三、四层层高4.7m，标准层层高3.9m，采用框架——剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级。
3. 结构设计中的问题
在框架——剪力墙结构的剪力墙设计中，我遇到以下几个问题：
（1）剪力墙布置的问题。
剪力墙布置的过少，会增加框架柱的负担，布置的过多，结构刚度增大，地震力变大。如果布置的不合理还会出现扭转的问题。
（2）剪力墙墙厚的选择。
框剪结构的受力特性与框架和剪力墙不同，上部的剪力墙过厚位移可能不够。
（3）剪力墙中连梁超筋的问题。
当连梁的约束弯矩过大时，连梁的剪力变大，过大的剪力造成连梁超筋。
表1
4. 设计中问题的解决
4.1 剪力墙的布置。
框剪结构中，剪力墙的布置应遵循以下原则：
（1）剪力墙宜均匀对称的布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位。
（2）纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。
（3）剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m，每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
（4）纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内，否则在平面中适 当部位应设置施工后浇带以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响。
由于建筑功能的需要，建筑要求③轴～（15）轴之间不能布置剪力
墙，剩下区域，尽量少布置剪力墙，按照框剪结构剪力墙布置原则和
建筑要求，第一次剪力墙布置如下（见图1），经过计算，结构存在扭转和位移过大，周期及振型结果如下（见表1）。
（5）从表格中可以看出，结构第一振型即为扭转这是不合理的，说明结构中质量与刚度存在偏心，导致了扭转的出现。结构位移X方向为1/703，Y方向为1/760，不满足规范要求的1/800。图中北部剪力墙布置过少，剪力墙分布不均匀，是导致刚度偏心的原因，而总体上剪力墙过少，造成了结构刚度不够，周期变长，太柔，最终使结构的位移不满足要求。分析后，从新布置剪力墙如下（见图2）。
（6）经过计算，结构的扭转和位移满足了规范的要求，周期及振型结果如下（见表2）。从新布置剪力墙后的办公楼结构位移X方向为1/965，Y方向为1/1012，均满足规范要求的1/800。
表2
4.2 剪力墙墙厚的确定。
4.2.1 首先，让我们来看看框剪结构的受力特点和变形性质。框剪结构是由剪力墙结构和框架结构组合而成的，在水平力作用下，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线呈弯曲型（如图3），楼层越高水平位移增长速度越快。框架在水平力作用下，其变形曲线呈剪切型（如下图），楼层越高水平位移增长速度越慢。框剪结构中的剪力墙和框架之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移必须相同。因此，框剪结构在水平力作用下的变形曲线为剪弯型。
4.2.2 框剪结构在水平力作用下，由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层因为剪力墙位移小，它拉着框架变形，使剪力墙承担了大部分剪力；上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变形反而小，所以，框架除负担水平力作用下的那部分剪力以外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此，在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，而框架中仍有相当数值的剪力。
4.2.3 框剪结构中剪力墙的周边应设置梁和端柱组成的边框。规范中有规定剪力墙的截面厚度：（1）抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16。（2）其它情况不应小于160mm，且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度取墙厚的2倍或与框架梁截面等高，边框柱截面宜与该榀框架其它柱的截面相同，且应符合有关框架柱构造配筋规定。 4.2.4 对于本工程，由于初始设计时从标高22.45m到顶墙厚是200mm，结构层间位移X向为1/754，不能满足规范要求，后来从标高22.45m到顶墙厚都变为250mm，有所好转，X向位移减小为1/801，虽然满足了规范1/800的要求，但结果不如想像的那么明显。经分析发现，虽然层间位移不满足规范限值要求，但其所在层数是逐渐上移的，在上部几层，剪力墙的位移越来越大，而框架的位移逐渐变小，两者之间产生拉力，框架需要帮剪力墙的忙，所以，剪力墙沿高度方向取相同的厚度，不但对结构剪力、位移没有好处，反而加重了上部几层框架的负担，对结构不利。后来我把办公楼顶部1/3范围内（标高53.950以上）的剪力墙厚度减小为200mm厚，X向位移减小为1/965，明显满足了要求。下图中圆圈处所标为位移最大处（见图4）。
4.3 连梁超筋的处理。
4.3.1 剪力墙的各墙肢通过连梁形成一个整体，成为联肢墙或壁式框架，从而使该墙段具有较大的抗侧刚度，之所以能够达到较大的抗侧刚度主要是依靠连梁的约束弯矩。当连梁的约束弯矩过大时，连梁的剪力变大，过大的剪力造成连梁超筋。
4.3.2 罗利尔办公楼①轴上的LL8在结构第8～10层出现超筋，解决连梁超筋的方法有如下几条：
（1）提高混凝土等级。
混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（2）增加剪力墙厚度。
即增加连梁的截面宽度，由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
（3）减小连梁截面高度。
减小连梁高度，以减小连梁刚度，就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。
（4）连梁刚度的折减。
对剪力墙中连梁弯矩及剪力进行塑性调幅降低其剪力设计值。但在内力计算时已经按《高规》5.2节第5.2.1条的规定降低了连梁的刚度，其调幅范围应当限制或不再继续调幅，以避免在使用状态下连梁中裂缝开裂过早，过大。
（5）连梁的破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可假定该连梁在大震下不参与工作，对剪力墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计，以保证墙肢的安全。
4.3.3 本工程8～10层的混凝土强度等级已经是C40，再提高混凝土的强度不合适，墙厚250mm，也没有必要再增加墙厚。LL8所在的位置在办公楼的角部，此处本来受力就比其它部位要大，容易破坏，应该是需要加强的部位，不能假定连梁在大振下不参与工作。对连梁进行塑性调幅降低其剪力设计值和降低连梁高度成为解决连梁超筋的办法，综合考虑，对连梁进行塑性调幅降有可能使连梁裂缝开裂过早，过大。最后选择降低连梁高度，LL8的大小由原来的250x1000减小为250x750，计算后，连梁超筋的问题得到了解决。
5. 结论
通过以上问题的出现、分析和解决，我们可以看到：
（1）在框架——剪力墙结构的设计过程中，剪力墙的布置一定要合理，分布一定要均匀，以免出现位移不够和扭转的问题。
（2）剪力墙的墙厚从下到上要均匀变化，上部的墙尽量做薄，减小框架柱的负担。
（3）连梁由于过大的约束弯矩容易产生超筋的问题，要了解解决连梁超筋的几种方法，并且能从这几种方法中找到最恰当的一种。
希望我的总结能对同事们在以后的工作中有所帮助。
上述几个问题是我在办公楼结构设计具体过程中遇到的，高规规范对高层建筑框架——剪力墙结构设计提出了较严格的要求，在具体工程中应一一考虑并解决。
参考文献
[1] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002.
[2] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[3] 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010.
[4] 《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例》 李国胜.
[5] 东南大学、同济大学、天津大学合编《混凝土结构》.
[文章编号]1006-7619（2014）01-17-022