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对少量剪力墙的框架结构的理解与设计建议
布置少量剪力墙的框架结构与剪力墙较少的
框架-剪力墙结构在定量上无明确的界限,如在结构 位移仅能满足框架结构限值要求的前提下,可将框
架和剪力墙协同工作的结构描述为“配置少量剪力 墙的框架结构”,而当结构位移满足框架-剪力墙结 构限值要求的前提下,又可将框架和剪力墙协同工
作的结构描述为“框架-剪力墙结构”。对结构体系 的定性把握的摇摆性加大了结构设计中对结构体
(6)特别建议 由于布置少量剪力墙的框架结构在设计原则 以及具体设计中存在诸多不确定因素,给结构设计 和施工图审查带来相当大的困难,笔者建议,在规 范的补充规定未正式出台之前,结构设计中应尽量 避免采用,尽可能采用概念清晰、便于操作且抗震 性能较好的框架-剪力墙结构。必须采用时,应提前 与施工图审查单位沟通,以利于设计顺利进行,避 免返工。
(1)《抗规》第 6.1.3 条规定:“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 于结构总倾覆力矩的 50%时”,即为设置少量抗震 墙的框架结构(其中“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倾 覆力矩的 50%时”可理解为对“少量抗震墙的框架 结构”的定义,而不应该理解为对“少量抗震墙的 框架结构”的附加条件,因为当倾覆力矩不大于 50%时已不属于少量抗震墙的框架结构)。
(1)对布置少量剪力墙的框架结构的定量把握 依据《高规》及《建筑抗震设计规范》(GB50011 —2001)(2008 年版)(以下简称《老抗规》)的规 定,框架与剪力墙可根据结构底部的倾覆力矩比, 组成相应的结构体系,见表 1 及图 1。
结构体系与 MF0/M0 的大致关系
表1
纯框架 少量剪力墙 框架-剪力墙结构 少量框架的 剪力墙 结构体系
参考文献
[1] DBJ/T 15-46—2005 广东省实施《高层建筑混凝土结构 技术规程》(JGJ3—2002)补充规定[M]. 北京:中国建 筑工业出版社,2005.
[2] 江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则[M]. 北京:中国 建筑工业出版社,2007.
[3] 天津市滨海新区中心商务区建设项目结构设计通则(试 行)[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2009.
土共同工作等因素,以适当减少剪力墙下桩的数 量,并使剪力墙下桩数与正常使用状态下需要的桩 数相差不能太多,否则,会加大剪力墙与框架柱的 不均匀沉降。
3)层间位移计算时考虑框架与剪力墙的协同 工作,限值建议仍可取[θe]=1/550(按《抗规》的规 定取值过于呆板且意义不大,也不符合规范对地震 位移进行宏观控制的基本理念)。
作者简介:朱炳寅,教授级高级工程师,副总工程师,全国 注册结构工程师命题专家组组长,Email:zhuby@。
(上接第 18 页) 结果也说明,多层及高层建筑钢结构比较容易作成强 支撑结构,这样,钢框柱的计算长度可按“无侧移柱” 计算。 7 结语
钢柱的整体稳定性分析和验算,涉及到二阶弯 曲、二阶剪切和二阶扭转等较多内容,概念上较抽象, 理论上较复杂。在钢结构教材和参考资料中,这些内 容分散在不同的章节中,占有很大篇幅,这使学习者 难以从宏观上清晰地掌握钢柱的整体稳定性理论。钢 结构规范关于钢柱整体稳定性的相关条款,有不明确 之处。在钢结构设计中,由于结构程序功能限制,一 般需要结构工程师针对钢柱整体稳定性验算补充一些 手工计算。上述因素使钢柱的整体稳定性验算成为结 构设计中难以理解和掌握的问题之一。本文针对上述 问题进行讨论,并用一个算例加以说明,期望为结构
(2)结构分析计算中除应按纯框架结构计算 外,还应考虑剪力墙与框架的协同工作。对《高规》 中“考虑该剪力墙与框架的协同工作”的规定,可 理解为是一种补充计算的要求,设计中还应满足按 纯框架结构进行设计计算及包络设计的要求等。
需要说明的是,规范虽未明确要按纯框架结构 计算,但对这一特殊的框架结构,现行规范和规程 对钢筋混凝土框架结构的所有要求(承载力要求、 弹性变形限值要求、弹塑性变形限值要求等)均应 满足,因此,按纯框架结构的要求进行设计计算是 必须的。对这类框架结构按纯框架结构和按框架与
剪力墙协同工作(即按框架-剪力墙结构)分别计算, 包络设计时必须的。
(3)在钢筋混凝土框架结构中,下列三种情 况下需要设置少量的钢筋混凝土剪力墙:
1)在多遇地震作用下,当纯框架结构的弹性 层间位移角 θe 不能满足规范 θe≤1/550 的要求时, 通过布置少量剪力墙,使结构的弹性层间位移角满 足 θe≤1/550 的限值要求。
结构 的框架结构 强框架 弱框架 剪力墙结构 结构
MF0/M0 1.0
1.0~A A~0.5 0.5~B B~0
0
注:1)M0 为在基本振型地震作用下,结构底部地震倾覆力矩的总 和;MF0 为框架承受的底部地震倾覆力矩;2)对应于少量剪力墙的框 架结构,上表相应确定少量框架的剪力墙结构;3)A 和 B 值应根据工 程经验确定,一般情况可分别取 0.8 和 0.2~0.25。
(5)对剪力墙很少的框架结构,可按以下原 则[3]设计:
1)框架的设计原则
Building Structure
设计交流
a)按纯框架结构(不计入剪力墙)和框架-剪 力墙结构分别计算,包络设计;b)对纯框架结构 进行大震弹塑性位移验算;c)框架的抗震等级按 纯框架结构确定。
2)剪力墙的设计原则 剪力墙抗震等级可按《抗规》第 6.1.3 条确定, 按构造配筋设计(即可不考虑剪力墙的配筋计算数 值,直接按构造配筋绘制施工图)。 在剪力墙很少的框架结构中,框架是主要的抗 侧力结构。在多遇地震作用下,剪力墙辅助框架结 构满足规范对框架结构的弹性层间位移角要求,提 供的是剪力墙的弹性刚度 EwIw;在罕遇地震作用 时,剪力墙退出工作。 有施工图审查单位要求,对剪力墙很少的框架 结构中的剪力墙按框架-剪力墙协同工作(即按框架 -剪力墙结构)计算,取相应计算结果配筋设计,其 实这种做法并不妥当,因为剪力墙很少的框架结构 与框架-剪力墙结构有本质的区别,并不是只要有剪 力墙就都能成为框架-剪力墙结构,也并不是所有的 剪力墙都能成为第一道防线。在剪力墙很少的框架 结构中,剪力墙成不了第一道防线(注意:由于剪 力墙自身的刚度大,这就决定了剪力墙(不管结构 体系如何)均不可能成为第二道防线)。 需要注意的是,剪力墙下的基础应按上部为框 架和剪力墙协同工作时的计算结果设计。但当按地 震作用标准组合效应确定基础面积或桩数量时,应 充分考虑地基基础的各种有利因素,避免基础面积 过大或桩数过多。以桩基础为例,设计时宜考虑桩
结构体系与 MF0/M0 的大致关系
表2
结构 体系
少量剪力墙的
少量框架
纯框架
框架结构
框架-剪力
剪力墙
的剪力墙
结构
墙结构
结构
剪力墙很少 剪力墙较少
结构
MF0/M0 1.0
1.0~A
A~0.5
0.5~B
B~0
0
图 2 结构体系与 MF0/M0 的大致关系
(3)布置少量剪力墙的框架结构的最大适用 高度
1)对剪力墙很少的框架结构,其房屋适用的 高度按框架结构确定。当按纯框架结构计算的弹性 层间位移角不满足《抗规》θe≤1/550 限值时,其房 屋适用的最大高度应比框架结构再适当降低(如降 低 20%)。
为在结构设计中更好地把握规范,笔者提出以
6 We learn we go
下设计建议供参考。
(1)《抗规》扩大了少量剪力墙的框架结构的 范围,体现了《抗规》加大剪力墙设置的基本精神, 但这一特定的结构体系需要在工程中得以顺利应 用,尚需规范作出相应的补充规定。
(2)图 1 中强框架的框架-剪力墙应有别于一 般的少量剪力墙的框架结构,宜根据框架与剪力墙 的倾覆力矩比值,对少量剪力墙的框架结构再进行 适当细分(当 MF0/M0=50%~75%时,可确定为剪力 墙较少的框架结构;当 MF0/M0>75%时,可确定为 剪力墙很少的框架结构),可避免结构分类的过大 跳跃,有利于实际工程的应用(表 2 及图 2)。
Building Structure
设计交流
对少量剪力墙框架结构的理解与设计建议 ——新《抗规》学习体会之一
朱炳寅/中国建筑设计研究院,北京 100044
0 概述 《 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 》( JGJ3 —
2002)(以下简称《高规》)第 6.1.7 条中对少量剪 力墙的框架结构做出了一般性规定,但对其中的剪 力墙及框架未予以量化,未明确提出框架的包络设 计及大震位移的验算要求,对剪力墙在这种结构形 式中的作用未予以说明,相关文献[1,2]的规定和解释 也各不相同,导致结构设计及施工图审查时无章可 循或对布置少量剪力墙的框架结构提出按框架-剪 力墙结构设计的混乱局面。这成为布置少量剪力墙 的框架结构在实际工程中难以广泛应用的主要原 因。《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)(以下 简称《抗规》)第 6.1.3 条对少量剪力墙的框架结构 作出了新的规定,使少量剪力墙的框架结构的范围 进一步扩大,且在实际工程中更难以准确把握和应 用。现结合《高规》和《抗规》比较说明之并提出 相应的设计建议。 1 对少量剪力墙的框架结构的认识
We learn we go
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设计交流
Building Structure
图 1 结构体系与 MF0/M0 的大致关系
系描述的随意性。 (2)规范规定了考虑剪力墙与框架协同工作
原则,但未明确对剪力墙和框架的具体设计方法。 (3)布置少量剪力墙的框架结构其适用高度
规范未予以明确,加大了结构设计中的把握难度。 3 对《抗规》规定的理解
《高规》第 6.1.7 条指出:“抗震设计的框架 结构中,当仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时,结构 分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作”。对 《高规》的上述规定可以从以下几方面理解:
(1)设置少量剪力墙并没有改变结构体系, 是带有少量剪力墙的框架结构,属于一种特殊的结 构形式,但仍是框架结构(明确结构体系的目的在 于分清框架及剪力墙在结构中的地位,其中框架是 主体,是承受竖向荷载的主体,也是主要的抗侧力 结构)。