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点击免费试听:框架结构设计实战教学-从入门到精通(秋刀鱼设计系列) 框架-剪力墙结构的那些事儿
框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构作为一种常用的结构形式,结合了框架结构和剪力墙结构的一些特点,可在提高的建筑的灵活性同时保证结构的抗震性能。
也由于结合了框架和剪力墙的结构特点,在进行设计时常需要在框架结构,剪力墙结构,框架剪力墙结构等多个章节里翻来翻去,如同一只忙碌的八爪鱼。同时,由于《高规》和《抗规》对于结构形式认定的差异,也造成了设计时参数、限值和构造方面的争议。
笔者通过最近做的混凝土框架-剪力墙结构项目,梳理了规范中对于框架-剪力墙结构的基本内容,对比了在不同规范间条文的差异下的设计取值,并总结了一下个人在做框架-剪力墙结构的一个设计思路。
希望对大家能有些许帮助。
01
规范认定
根据《高规》8.1.3条,以规定水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆弯矩占总地震倾覆弯矩的百分比,来认定结构是不是一个正经八百的框架-剪力墙结构。
MC/M0<10%,约等于剪力墙结构,按剪力墙结构设计,仅有的一点框架可以按框架-剪力墙结构设计。 MC/M0<10%~50%,最正宗的,不管走到哪里都没有异议的标准框架-剪力墙结构。 MC/M0<50%~80%,有争议的,框架部分需要按框架结构设计的框架框架-剪力墙结构。
『在这里有两个部分规范条文有差异:
一是结构的最大适用高度: 框架-剪力墙结构的那些事儿
考虑到《抗规》出版年份更新,且“适当”一词难以量化,笔者认为采用框架结构的适用高度比较合理。
二是剪力墙部分抗震等级和轴压比的取值:
《高规》8.1.3条条文说明
框架-剪力墙结构的那些事儿
《抗规》2016版,6.1.3条
框架-剪力墙结构的那些事儿
对于高度在60m以下的建筑,在抗震等级选取方面,出现差异。
此处《高规》的描述更为清晰,而《抗规》的”可以”二字优先级不高,因此可以按《高规》执行。
MC/M0>50%~80%,也叫做少墙框架,虽然有墙但仍是框架,各种指标宜按框架结构设计,或进行包络设计。
02
内力调整
框架-剪力墙结构的那些事儿
『内力调整可归纳为以下几项:
1.未经调整,指未经过其他调整,但是应满足剪重比的要求,剪重比判别优先于内力调整 2.如结构中有薄弱层,则应先进行薄弱层的调整,薄弱层的调整优先于剪重比的判别 3.仅调整地震作用的单项内力 4.地下室框架的地震剪力可不调整 5.少量框架的剪力墙结构的框架也可不调整 6.框架柱剪力、弯矩调整,轴力不调整 7.框架梁剪力、弯矩调整,内力调整系数可取上下层柱调整系数的平均值 8.《高规》9.1.2条,H≤60m的框筒结构也要按本条进行调整
03
剪力墙的平面布置
1.宜均匀布置在建筑物周边,平面形状变化及恒载较大的部位,间距不宜过大 2.建筑平面形状凹凸,宜布置在凸出部分的端部附近; 3.宜布置T形、L形和[形等,不宜布置一字形 4.单片剪力墙底部承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的30% 5.宜贯通建筑全高,宜避免刚度突变 6.楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置; 7.各主轴方向的侧向刚度接近。 8.长矩形平面或平面有一部分较长的建筑 9.横向(短边)满足下表,纵向(长边)不宜集中布置在两尽端
框架-剪力墙结构的那些事儿
今天有人问我间距大了怎么办? 怎么办?加墙呗。什么没得加?那就改方案?随即,猝。
规范中只对长矩形截面的剪力墙间距做了要求,对其他截面的间距并没有一个量化的指标。笔者认为,这里的间距不宜过大应和均匀布置结合考虑。
为满足倾覆力矩占比的要求,剪力墙的数量是有限的,有限的剪力墙在一部分区域间距过大,必然导致其在别的区域过分集中,因此有“单片剪力墙底部承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的30%的要求”,用于控制某一主要墙肢出现问题,其他墙肢无法承担转嫁来的地震作用,造成结构整体安全问题。
另剪力墙布置于建筑物周边附近,可最大限度的增强结构的抗扭能力,因此类似凸出的部分的端部,建筑周圈部位都是比较高效的布置方式。
至于结合楼梯,井道,上下均匀等,都是常见手法,别的地方也不会给一片墙,就别想太多了。
04
构造要求
1.剪力墙最小配筋率:抗震0.25%,非抗震0.2%
带边框的剪力墙:
2.厚度:一、二级的底部加强部位≥200mm,其他≥160mm
3.边框梁:框架梁高=该榀框架梁,暗梁高=两倍墙厚,抗震等级同剪力墙
4.边框柱:边框柱是墙不是柱,轴压比和配筋要同时满足框架柱和剪力墙要求,与7.2.15端柱要求不同。(参考《抗规》6.5.1条文说明)端柱主要是用来约束墙体并提高墙体平面外的稳定性,而边框柱主要与梁或暗梁形成闭合的边框,给抗震墙提供平面内约束。
*剪力墙端部的纵向受力钢筋应全部配置在边框柱截面内 *截面同该榀框架其他柱 *符合框架柱的构造要求 *底部加强部位箍筋宜沿全高加密 *带边框剪力墙上的洞口紧邻边框柱时,边框柱的箍筋宜沿全高加密。
框架-剪力墙结构的那些事儿
05
设计步骤
根据建筑平面和房屋高度初步判断是否用采用框架-剪力墙结构
根据建筑平面布置主体框架
结合建筑平面布置剪力墙
设置基本计算参数和简单的荷载信息
试算(参考“四大名著”)这里推荐采用不带地下室的绝对嵌固的计算模型的底层倾覆力矩比值来判断
依据试算结果中的框架倾覆力矩占比结合《高规》8.1.3条,通过调整每个方向的墙体数量,尽量使得框架倾覆力矩占比在10%~80%之间。下图区域:
框架-剪力墙结构的那些事儿
框架-剪力墙结构的那些事儿
核对结构指标,注意MC/M0在不同区域时,对结构形式的选取、房屋最大适用高度的认定,抗震等级的取值、以及弹性层间位移角限值、轴压比限值、抗震缝宽度都是不同的,可以参考认定一栏分别查表。
其他要求
◇ 带边框的剪力墙厚度,一、二级剪力墙的底部加强部位不应小 200mm,其他情况下不应小于 160mm
◇ 对于框架梁、柱中心线偏心距,9度不应大于该方向柱截面的1/4,6-8度大于该方向柱截面的1/4时,采取水平加腋等措施。
◇ 剪力墙的竖向、 水平分布钢筋的配筋率,抗震设计时均不应小于 0.25% ,非抗震设计时均不应小于 0.20%,综合各本规范,竖向和水平分布钢筋的直径不宜小于10mm且不宜大于剪力墙厚度的1/10,间距不宜大于300。
◇ 特一级剪力墙的竖向、 水平分布钢筋的最小配筋率,底部加强部位0.4%,其他部位0.35%。

06
一点思考
☆ 在布置框架剪力墙结构的剪力墙时,要多多尝试,尽可能的避免抗震不利结构出现;
☆ MC/M0能控制在10%~50%之间设计起来最为清晰明朗,各个规范中的条文也比较统一;
☆ 如受现实条件制约,只能做少量剪力墙的框架结构,对于适用高度、抗震等级等指标要加强注意,对规范不一致的问题尽可能先征询审图,避免认定不一致造成的反复。

参考文献: GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》2016版 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》 GJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》 朱炳寅,高层建筑结构技术应用与分析 朱炳寅,建筑抗震设计规范应用与分析

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