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【摘 要】框架-剪力墙结构也称框剪结构,这种结构是在框架结构纵、横方向的适当位置,在柱与柱之间布置一定数量的钢筋混凝土墙体(剪力墙)而成。框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗侧力性能。结构中的剪力墙可以单独设置,也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。各自优点的发挥,使得框剪结构造价仅高于框架结构,又比剪力墙结构经济。因此,这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。但同时也必须看到:框剪结构中的框架往往只承受并传递竖向荷载,水平荷载及地震作用主要由剪力墻承担,所以结构设计中应当注重结构布置中的框架和剪力墙的布置比例,以及剪力墙的布置位置,使得结构达到最合理状态。
【关键词】框剪结构;剪力墙;合理布置;分析
一、框剪结构的受力特点
众所周知,框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。对于框剪结构,由于两种结构协同工作变形协调,形成了弯剪变形,使得整体结构的层间变形在下部小于纯框架,在上部小于纯剪力墙,即减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比,使整体结构的侧向刚度得到了提高。
在框剪结构中,剪力墙因为平面内侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,在水平荷载及地震作用下,一般情况约80%作用力由剪力墙来承担。框架和剪力墙通过水平刚度较大的楼盖协同工作,在水平作用下呈弯剪型位移曲线,层间变形趋于均匀,比纯框架结构侧移小,非结构性破坏轻,其中剪力墙为主要抗侧力构件,框架起到二级防线作用,比剪力墙体系延性好,布置灵活,因此,框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。
二、工程实例
1、本文所选取工程实例概况
本建筑使用功能定位为办公楼,工程位于新疆喀什某工业园区,主体四层,层高4.20m,顶层4.30m,设三处楼梯;所在地区的抗震设防烈度为8度,基本地震加速度为0.3g,设计地震分组为第三组,特征周期为0.45s,建筑抗震设防类别为丙类,场地土的类型为中硬场地土,场地类别为II类。
2、结构选型
因是多层,初拟定为框架结构,在计算水平地震作用时,设防要求为所说的“八度半”,水平地震作用较大,框架最大跨度为9.00m,结构整体计算水平位移不能满足规范要求,调整柱截面太大,造价提高而且影响使用,所以改为框剪结构。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(下简称《抗规》)第6.1.2条,结构抗震等级框架为三级,剪力墙为二级。柱网及剪力墙布置见下图1。
楼梯间部位设置剪力墙,x方向长度较长,端部设置剪力墙,因建筑构件及功能分布等原因,剪力墙设置不完全对称,但基本满足了剪力墙的布置位置“均匀、分散、周边”的布置原则。
3、计算结果
1)倾覆弯矩。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(下简称《高规》)第8.1.3条规定:框剪结构中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%但不大于80%时(大于80%时),框架部分的抗震等级和轴压比限值宜(应)按框架结构的规定采用。说明了框剪结构体系中剪力墙承受主要水平荷载,框架以承担竖向荷载为主,若框架部分承受了大于50%的总倾覆力矩,证明剪力墙布置的数量较少,不能满足作为框剪结构对剪力墙作用的要求。本工程的倾覆力矩受力比例见下表1。
表1
规定水平力框架柱地震倾覆力矩百分比(抗规)
层号 塔号 框架柱
4
1
X 31.73%
Y 16.77%
3
1
X 24.50%
Y 14.44%
2
1
X 20.21%
Y 12.34%
1
1
X 17.99%
Y 11.15%
框架部分承受的倾覆力矩均小于50%(但大于10%),证明本结构中剪力墙的数量布置的比较合理,满足了框剪结构中框架和剪力墙共同作用的要求。
2)周期、地震力与振型输出文件。《高规》第3.4.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A及高度不应大于0.9。本结构计算中各自振周期见下表2。
表2
振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 0.3988 0.29 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
2 0.3602 90.13 0.99 ( 0.00+0.99 ) 0.01
3 0.2963 115.05 0.01 ( 0.00+0.01 ) 0.99
Tt=0.2963与T1=0.3988的比值约为0.743,满足要求。
3)根据《抗规》第5.2.5条规定(剪重比要求):楼层最小地震剪力系数值λ在8
【关键词】框剪结构;剪力墙;合理布置;分析
一、框剪结构的受力特点
众所周知,框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。对于框剪结构,由于两种结构协同工作变形协调,形成了弯剪变形,使得整体结构的层间变形在下部小于纯框架,在上部小于纯剪力墙,即减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比,使整体结构的侧向刚度得到了提高。
在框剪结构中,剪力墙因为平面内侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,在水平荷载及地震作用下,一般情况约80%作用力由剪力墙来承担。框架和剪力墙通过水平刚度较大的楼盖协同工作,在水平作用下呈弯剪型位移曲线,层间变形趋于均匀,比纯框架结构侧移小,非结构性破坏轻,其中剪力墙为主要抗侧力构件,框架起到二级防线作用,比剪力墙体系延性好,布置灵活,因此,框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。
二、工程实例
1、本文所选取工程实例概况
本建筑使用功能定位为办公楼,工程位于新疆喀什某工业园区,主体四层,层高4.20m,顶层4.30m,设三处楼梯;所在地区的抗震设防烈度为8度,基本地震加速度为0.3g,设计地震分组为第三组,特征周期为0.45s,建筑抗震设防类别为丙类,场地土的类型为中硬场地土,场地类别为II类。
2、结构选型
因是多层,初拟定为框架结构,在计算水平地震作用时,设防要求为所说的“八度半”,水平地震作用较大,框架最大跨度为9.00m,结构整体计算水平位移不能满足规范要求,调整柱截面太大,造价提高而且影响使用,所以改为框剪结构。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)(下简称《抗规》)第6.1.2条,结构抗震等级框架为三级,剪力墙为二级。柱网及剪力墙布置见下图1。
楼梯间部位设置剪力墙,x方向长度较长,端部设置剪力墙,因建筑构件及功能分布等原因,剪力墙设置不完全对称,但基本满足了剪力墙的布置位置“均匀、分散、周边”的布置原则。
3、计算结果
1)倾覆弯矩。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(下简称《高规》)第8.1.3条规定:框剪结构中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%但不大于80%时(大于80%时),框架部分的抗震等级和轴压比限值宜(应)按框架结构的规定采用。说明了框剪结构体系中剪力墙承受主要水平荷载,框架以承担竖向荷载为主,若框架部分承受了大于50%的总倾覆力矩,证明剪力墙布置的数量较少,不能满足作为框剪结构对剪力墙作用的要求。本工程的倾覆力矩受力比例见下表1。
表1
规定水平力框架柱地震倾覆力矩百分比(抗规)
层号 塔号 框架柱
4
1
X 31.73%
Y 16.77%
3
1
X 24.50%
Y 14.44%
2
1
X 20.21%
Y 12.34%
1
1
X 17.99%
Y 11.15%
框架部分承受的倾覆力矩均小于50%(但大于10%),证明本结构中剪力墙的数量布置的比较合理,满足了框剪结构中框架和剪力墙共同作用的要求。
2)周期、地震力与振型输出文件。《高规》第3.4.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A及高度不应大于0.9。本结构计算中各自振周期见下表2。
表2
振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 0.3988 0.29 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
2 0.3602 90.13 0.99 ( 0.00+0.99 ) 0.01
3 0.2963 115.05 0.01 ( 0.00+0.01 ) 0.99
Tt=0.2963与T1=0.3988的比值约为0.743,满足要求。
3)根据《抗规》第5.2.5条规定(剪重比要求):楼层最小地震剪力系数值λ在8