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1、试述高烈度地区框架摘要以某高层框架-剪力墙结构为例，由于建筑平面趋于正方形、建筑外立面造型效果要求以及建筑使用功能的限制，同时，工程所在地为北京，地震烈度8度，属于高烈度地区，地震作用较大，引起结构中的剪力墙剪压比超限，本工程中选用钢板剪力墙以解决剪压比超限以及满足建筑使用功能及净宽要求。關键词钢板-混凝土组合剪力墙;剪压比;受剪承载力;控制截面厚度1工程概况本工程平面轴网尺寸为7.800m7.500m，建筑总高度大屋面43.900m，分为地下2层，地上13层不含出屋面机房、塔楼，层高分别为：4.500m，3.800m，3.200m9，3.400m及3.450m。本建筑物主要使用功能为某研发中
2、心的办公楼，外立面为通高的幕墙，建筑平面内部为大空间办公区域【2】。根本条件：工程所在地：北京;抗震设防烈度：8度;设计进地震加速度：0.20g;设计地震分组：二组;场地类别：类;特征周期：0.55s;50年一遇根本风压：0.45KN/M2;结构形式：框架-剪力墙结构;框架抗震等级：二级;剪力墙抗震等级：一级;混凝土强度等级：C40【3】。2结构平面布置方案2.1本工程结构体系为框架-剪力墙结构由图1可见，建筑的平面尺寸X向4个7.8米，Y向4个7.5米，建筑外包尺寸为32.3米X31.1米，平面形状趋于正方形。各标准层的使用功能为大空间的办公室，同时，建筑的外立面为通高的幕墙通窗，为保证立面
3、效果以及办公室的采光及使用要求，除了四个角部有一小局部填充墙以外，均无结构可以布置剪力墙的位置，楼电梯交通核处于建筑平面的正中间。考虑到框架-剪力墙结构的平面布置要求，初期结构方案布置时，平面的四个角部位置的填充墙处布置为剪力墙，墙长约2.0m2.4m从墙边算至框架柱外皮，其余剪力墙布置在交通核区域。但是由于平面尺寸的限制，模型计算时，经常出现第一周期为扭转周期的情况。由于剪力墙的刚度大于框架柱的刚度，同时结构布置平面中大局部剪力墙集中位于建筑平面的中间位置，直接造成了结构平面刚度分配不合理，形成中间刚外圈柔的情况，经过屡次方案的比较与调整，最终布置的结构方案如下：1地上一层至十层，外围框架柱
4、尺寸为900900mm，其余框架柱尺寸为800800mm;平面中南侧角部的剪力墙厚度为450mm，北侧角部的剪力墙厚度为300mm，交通核位置的剪力墙以450mm及400mm为主，少量350mm及300mm;墙、柱混凝土强度等级：一层至八层为C40，八层至十层为C30。2十层至大屋面，框架柱尺寸为700700mm;平面中南侧角部的剪力墙厚度为350mm，北侧角部的剪力墙厚度为300mm，交通核位置的剪力墙以300mm厚为主，电梯间周围的剪力墙厚度为250mm厚;墙柱混凝土等级：C30【4】。按照此结构平面布置，适当加强了平面外圈的刚度，同时削弱一局部内部刚度，将第一周期及第二周期调整为平动周期
5、，第三周期调整为扭转周期。2.2主要指标计算结果1位移位移角及位移比满足标准要求。2周期T3/T1=0.863底层框架局部承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值：方向框架柱短肢墙墙X33.30%6.39%60.31%Y32.75%4.95%62.30%两个方向上的底层框架柱承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值均大于10%且不大于50%，符合框架-剪力墙结构的设计方法要求。2.3结构超限内容1本工程所处地区的地震烈度为8度，地震作用大，大局部剪力墙布置集中在交通核区域，地震力作用因刚度分配而集中于平面中间区域，引起局部个别墙肢剪压比超限，如图4中的剪力墙1、剪力墙2：剪力墙1：V=
6、-5658Fv=0.18*fc*B*Ho=5104剪力墙2：V=4330Fv=0.18*fc*B*Ho=40952本工程框架剪力墙结构，剪力墙的抗震等级为一级，根据?高层建筑混凝土结构技术规程【6】?第7.2.12条规定，抗震等级为一级的剪力墙，需进行剪力墙水平施工缝的抗滑移验算。在施工缝验算计算书中，出现多处剪力墙施工缝验算不满足要求，其中有几处施工缝验算超限严重，即使提高剪力墙配筋率同时附加竖向插筋仍无法满足要求。如图4中的剪力墙1、剪力墙2：剪力墙1：V=5617.Fs=0.6*fy*Ast+0.8*N/Rre=3745N=-514Ast=12834.5还需要钢筋7365.5mm2剪力墙
7、2：V=4186.Fs=0.6*fy*Ast+0.8*N/Rre=1610N=2427Ast=15324.9还需要钢筋10134.2mm23针对超限内容的解决方案由?高规?第7.2.7条规定：剪力墙墙肢截面剪力设计值应符合以下规定：3.1永久、短暂设计状况3.2地震设计状况时剪跨比大于2.5时剪跨比不大于2.5时由上述两组设计状况的三个计算公式中发现1当截面尺寸及材料强度为定值时，可以采用削弱该墙肢上的地震剪力值从而能使得剪压比不超限，即调整结构布置，将公式中的V值调小。通常来讲，结构的某个区域刚度越大，吸收的地震作用也越大，本工程中结构大局部的刚度分布较集中于中心区域，所以该区域个别刚度大的
8、墙肢图4中的剪力墙1、2吸收的地震作用也大，地震剪力值也大。计算调整中，尝试将此两处墙肢采用开洞的方式进行削弱，通过削弱墙肢的刚度，减小其上的地震剪力。通过屡次的比较试算，墙肢上采取开洞的方式确实能起到削弱墙体刚度的作用，地震剪力V也得到一局部的削弱，但是剪力墙1与剪力墙2为连肢布置，开了洞口的剪力墙端部仍然出现剪压比超限的情况，同时，从上述的模型指标输出看，图4的结构布置模型的各项参数指标均趋于标准限值，充裕量不大，按墙肢开洞的方式达不到效果，最小的X向地震位移角为1/785，不满足标准要求。故本工程通过削弱墙肢刚度进行调整地震剪力V值，不适用于此处的两个墙肢的剪压比超限的调整。2当无法削弱
9、墙肢刚度来调整地震剪力V值时，采取调整墙肢厚度及材料强度的方式，即通过提高中的及，使剪力墙自身的抗剪能力提高，从而来满足剪压比的要求。本工程因混凝土强度不适宜提高，只能通过调整墙肢厚度的方式。剪力墻的墙肢厚度越大，能抵抗的剪力值也同样越高，同时剪力墙的刚度也随之增大。同理，从图4结构布置的指标输出及结构平面布置中发现，此二处剪力墙如采取加厚处理，那么整体刚度分配上，使得平面中间的刚度更大，外部刚度那么显得更弱，周期振型上，直接造成了第一周期为扭转周期;一味地加厚墙肢厚度，增加了剪力墙局部的地震倾覆力矩比例，减小了框架局部的比例，使结构形式的设计方法上更趋向于剪力墙结构。此外，由于交通核区域的刚
10、度增大，吸收的地震作用也随之增大，地震剪力也相应的放大，造成了剪力墙厚度越厚，地震剪力V值也随之增大，剪压比仍然不满足要求。故加厚墙肢厚度，在本工程中的实际计算中，只引起了第一周期的扭转效应，框架局部承担地震倾覆力矩比例减小，结构计算方法趋于剪力墙，同时地震剪力值也相应增大，却无法解决剪压比超限的问题【5】。3综合上述两条，本工程中剪力墙的刚度既不宜放大，也不宜削弱，即地震剪力V值以及均不变。所以为了解决剪力墙剪压比超限问题，本工程采用钢板混凝土剪力墙。根据?组合结构设计标准?第10.1.3条，其受剪截面计算公式与?高层建筑混凝土结构技术规程?中的公式一致，区别在于钢板混凝土剪力墙在剪力计算时
11、，除了混凝土自身抗剪能力，同时参加了钢板的抗剪能力。图4中剪力墙1与剪力墙2的剪力墙厚度均为400厚，根据钢板混凝土墙的构造要求以及钢板剪力墙的分类与性能【1】，本工程选用10mm厚钢板内置于剪力墙内，模型经过计算，该两处剪力墙剪压比不再超限，同时，由于剪力墙的厚度并未调整，整体的刚度分配与之前保持一致，各项指标参数也未发生变化，均满足标准要求。钢板混凝土剪力墙的钢板提供了很好的抗剪奉献，同时从计算结果图5发现，剪力墙1与剪力墙2不仅剪压比满足计算要求，图4中的施工缝也满足要求。可见，钢板剪力墙中的钢板对于剪力墙的抗剪承载力提升非常明显。随着第五代国家地震区划图的贯彻于实施，对以后的结构设计提
12、出了更高的要求。新地震区划图提出了根本地震动、多遇地震动、罕遇地震动和极罕遇地震动的概念，以性能优化设计为主要思想。全国各地的根本地震动峰值加速度都一定程度上有了增大，地震影响系数最大值也提高了20%30%以上，同时，一般的工业与民用建筑局部超高层建筑除外提高了地区的特征周期后，结构的基底剪力、最大层间位移角等方面的增幅到达了10%15%左右。新的地震区划图提高了地震作用，使得“强柱弱梁、强剪弱弯的设计要求得到了进一步的提高，传统的钢筋混凝土结构无疑将更难满足墙柱等的抗剪要求。目前越来越多的结构类型在性能优化设计中得以应用并取得了很好的效果，诸如钢板剪力墙一类的钢-混凝土组合结构、钢结构等，日
13、渐成熟的组合结构在不断的研究与完善，已广泛运用到更多的实际工程中去，为建筑提供更牢靠的平安防线。4结束语高烈度地区8度及9度的框架-剪力墙结构，对剪力墙的剪压比验算通常不容易满足，同时由于地震烈度大，剪力墙抗震等级为一级，还需验算一级剪力墙施工缝的抗滑移。对于平面相对简单可灵活布置剪力墙立面要求不太严格比方可以在外圈布置一定数量的剪力墙的工程，传统做法通常可采用削弱墙肢刚度墙肢开洞、减少墙肢厚度等来减小地震剪力值V;加大墙肢厚度，提高混凝土强度等级，从而提高剪力墙自身抗剪能力等方法来解决剪压比超限问题。设计标准的不断完善，对结构设计提出了更严格的设计要求，但“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的
14、中心思想不变。我们也应与时俱进，在兼顾建筑使用功能与效果，经济性指标，提高建筑的平安储藏等方面的前提下，研究与学习新体系、新材料、新技术、新工艺，并将其运用到实际工程中去，建造出一栋栋平安美观的建筑来。参考文献【1】郭彦林，周明.钢板剪力墙的分类及性能J.建筑科学与工程学报，2021，263：1-13.【2】纪晓东，贾翔夫，钱稼茹.钢板混凝土剪力墙抗剪性能试验研究J.建筑结构学报，2021，3611：46-55.【3】孙建超，徐培福，肖从真，等.钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究J.建筑结构，2021，386：1-5.【4】高孟潭.GB18306-2021?中国地震动参数区划图?宣贯教材M.北京：中国质检出版社，2021：37.【5】JGJ138-2021.组合结构设计标准S.北京：中国建筑工业出版社，2021.【6】JGJ3-2021.高层建筑混凝土结构设计规程S.北京：中国建筑工业出版社，2021.
