刘鑫 胡坤
中天西北建设投资集团有限公司,陕西 西安,710065
随着我国建筑业发展,很多建筑已跨出了传统的框架、框剪、剪力墙等结构形式,其中就有少墙框架的结构体系,但是目前规范中并未对少墙框架做出具体设计要求,导致结构设计及施工图审查中无据可依,各种观点因人而异,本文将对各种观点进行比较探讨。
一、在钢筋混凝土结构中,大体有以下三种情况需要设置少量钢筋混凝土墙:
1、在多遇地震下,当纯框架结构的弹性层间位移角θ不能满足规 范θ≤1/550的要求时,需布置少量混凝土墙以满足位移角限值。
2、当纯框架结构能满足位移角限值要求,为适当减小结构在多遇地震下侧向变形而设置少量混凝土墙。
3、在防震缝两侧设置防撞墙的钢筋混凝土框架结构。
二、规范中的规定:
1、《抗规》6.1.3条“设置少量抗震墙的框架结构,在规定水平力作用下,底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架的抗震等级应按框架结构确定,抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同”,本条条文中“在框架结构中设置少量抗震墙,往往是为了增大框架结构的刚度、满足层间位移角限值的要求,仍然属于框架结构范畴,但层间位移角限值需按底层框架部分承担倾覆力矩的大小,在框架结构和框架-抗震墙结构两者的层间位移角限值之间偏于安全内插”。
2、《抗规》6.2.13条“设置少量抗震墙的框架结构,其框架部分的地震剪力值,宜采用框架结构模型和框架-剪力墙结构模型二者计算结果的较大值”。
3、《甘肃省抗震设计规程》6.2.3条,“少墙框架结构中剪力墙的数量宜按层间位移角限值以及考虑扭转影响时满足位移比、扭平周期比等限值要求进行控制,多遇地震作用下其抗震变形验算的弹性层间位移角限值,可按底层框架部分承担的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值参照表6.2.3内插取值”。
少墙框架结构计算原则:应按纯框架和框架剪力墙两种结构,考虑多遇地震和罕遇地震作用(罕遇地震作用下少墙退出工作),按最不利情况控制该结构的层间位移角和承载能力。剪力墙间距不满足框架剪力墙结构中剪力墙间距要求时,应按弹性楼板假定进行结构分析;少墙框架结构应设计成双向抗侧力结构体系,结构纵横两主轴方向均应布置剪力墙,并应设计为纵、横双向刚接全现浇钢筋混凝土框架体系。主体结果除个别部位外不应采用铰接;少墙框架宜设计成带边框的剪力墙,端柱的截面尺寸应考虑框架纵筋的锚固要求,并不宜小于同层其他框架柱的尺寸,其边框梁或暗梁的高度可取剪力墙厚度和400mm的较大值,边框梁或暗梁的纵筋配筋率不得小于0.3%,且应满足框架梁的要求。
三、对规范的理解及设计应用探讨
设置少量剪力墙并没有改变框架结构的结构体系,带有少量剪力墙的框架结构属于一种特殊的结构形式,但仍属于框架结构体系,但在《抗规》中对于少墙框架又提出“位移角限值需按底层框架部分承担倾覆力矩的大小,在框架结构和框架-抗震墙结构两者的层间位移角限值之间偏于安全内插”,在《甘肃省抗震规程》中将此条更细化,总体来看,位移角限值均比框架结构更小,但这样的做法也违背了设置少量剪力墙用来减小结构位移角的初衷,个人认为此条过于严格,在朱炳寅“对少量剪力墙框架结构的理解与设计建议”一文中,提出当Mro/Mo>75%时,可确定为剪力墙很少的框架结构,此时,位移角限值可以按框架结构取值,并且设计中应尽量减少剪力墙设置,使结构整体受力尽量接近框架结构或直接采用框剪结构。
对于少墙框架结构中框架部分,应采取纯框架和框架剪力墙结构分别计算,包络设计,对纯框架结构进行大震弹塑性位移验算,对纯框架计算时剪力墙的处理上,有的认为可以不计入剪力墙,但是在目前PKPM和YJK软件中都有“按纯框架计算时墙弹模折减系数”选项,可根据实际情况折减,更接近实际情况:
对于剪力墙部分,因为对于剪力墙很少的框架结构,剪力
墙太少难以形成第一道防线,这和框剪结构有本质却别,因
此不能完全按照框剪模型计算结果设计,应分以下情况:
1、对于计算不超筋的剪力墙按计算配筋;
2、对抗弯超筋而抗剪不超筋的剪力墙,剪力墙边缘构件的配筋面积可取0.1bw2;
3、对抗剪超筋的剪力墙,应优先第剪力墙采取开竖缝措施(降低墙的抗弯刚度,减小地震剪力),降低剪力墙的剪力设计值。当不设置竖缝时,应根据墙体的实际抗剪承载力按强剪弱弯原则进行设计,近似计算如下:
a、确定剪力墙的抗剪承载力,按《混规》式11.7.3-1,计算剪力设计值Vw并确定墙的水平分布钢筋,按《混规》11.7.4计算。
b、按强剪弱弯要求确定墙的竖向钢筋,剪力墙的弯矩设计值取
Mw=λVwh0/ηvw,为有利于实现强剪弱弯,此处取λ=1.5计算,并按Mw=1/rRE*fyAs(h0-b)计算,同时按构造要求配置剪力墙的竖向分布钢筋。
由于布置少量剪力墙的框架结构规范中没有明确的设计规定且存在诸多不确定因素,给结构设计和施工图审查带来相当的困难,设计中应尽量避免采用,不得不采用时,应提前和施工图审查单位多沟通,避免设计返工。