浅谈高层建筑框架-剪力墙结构设计中剪力墙合理数量确定的简化办

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-07-15 09:43 关注：(1)

浅谈高层建筑框架-剪力墙结构设计中剪力墙合理数量确定的简化办法

曾颖

 

【摘要】：本文讨论了框架-剪力墙结构体系中剪力墙刚度与有关几个主要因素的关系。提供了不同设计烈度和场地土时所需剪力墙合理数量的简化计算公式。为结构的初步设计提供方便

【关键词】： 高层 剪力墙 合理数量 简化

本文讨论了框架-剪力墙结构体系中剪力墙刚度与有关几个主要因素的关系。提供了不同设计烈度和场地土时所需剪力墙合理数量的简化计算公式。为结构的初步设计提供方便。

一、概述

高层建筑钢筋混凝土框剪结构体系，由于它具有较大的侧向刚度，有利抵抗水平力，在地震荷载作用下又能较好地吸收地震能量，具有良好的抗震性能。同时这种结构体系又能为建筑物提供较大的平面空间满足使用上的要求，因此框剪结构体系被广泛应用于酒店、办公楼、医院等各类建筑中。

在高层结构设计中，框架系的梁截面尺寸一般比较容易确定，柱截面大小根据轴压比和构造的要求确定。框剪结构体系中，框架主要是承受竖向荷载，剪力墙是抵抗水平荷载的主要构件。经验证明，未满足水平荷载作用下侧向位移的限值，增多剪力墙数量是最有效的，而采取加大梁柱截面来增加抗侧力刚度是不经济的。另一方面，在框剪结构体系中，如果设置的剪力墙数量过多，使结构刚度过大，从而增加了地震荷载。因此，采用简捷的方法确定剪力墙的合理数量对于结构设计人员具有很大的意义。

框剪结构体系中的几个主要问题

框架系刚度与剪力墙系刚度的关系

在框剪结构体系中，总的抗侧力刚度是由框架系的刚度Ck=Dh(h为各楼层平均层高）和剪力墙系的刚度EJq所组成，在相同建筑面积的结构单元中，由于柱网布置不同，使框架系D值有较大的不同。框架系的梁柱截面根据平面布置和荷载情况一般比较容易确定。柱的D值为已知，为了满足结构在地震力作用下侧向位移限值，必须确定所需剪力墙的数量。在框剪结构体系中所需剪力墙的数量不仅与设计烈度、场地类别、建筑物自重、高度等因素有关，而且还与框架系刚度有关。

剪力墙刚度与结构自振周期的关系

高层结构建筑在地震力作用下的反应与结构的动力特性密切相关，而建筑物的自振周期是主要的动力特性。在框剪结构体系中，当剪力墙的刚度EJq增大时，从简化计算方法中得知结构顶点假想位移△T变小，结构自振周期亦随之而变短。

剪力墙与结构总水平地震荷载的关系

在确定的设计烈度、场地类别等条件下，结构总水平地震荷载Q0值，将随结构刚度的增大即自振周期的变短而加大。因此，在框剪结构体系中，在满足侧向位移限值条件下，不适当地多加剪力墙会加大地震荷载。

侧向位移由层间相对位移与层高比δ/n控制

根据规范要求，顶点位移与总高度比△/H和层间相对位移与层高比δ/n两项限值应同时满足。经验表明，高层建筑中结构的侧向位移一般是由最大层间相对位移与层高之比δmax/h的限值来控制。高层建筑框剪结构体系的最大层间相对位移一般发生在0.4~0.7H（H为高度）范围内。

剪力墙刚度与框架系地震剪力的关系

研究分析表明,9层至16层的高层框框剪结构体系,无论纵向还是横向,剪力墙数量差别虽大,但相应的框架系所分担的地震力值都在一个较小幅度内变化.现将不同层数的不同EJq/A比值时,框架系所分担的剪力墙QK的比值列于表一：

层数 q 10 12 16

a1/a2 1.53 1.59 1.59 1.95 2.52 4.78 1.48

QK1/QK2 0.92 0.88 0.92 0.91 0.90 0.75 0.96

表中：a1=EJq1/A，框架系相应分担剪力QK1；a2=EJq12/A，框架系相应分担剪力QK2。

剪力墙合理数量确定的简化公式

高度五十米以内的高层建筑框剪结构体系，在地震荷载作用下，为满足《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》. JGJ3-79. 层间相对位移与层高比和顶点位移与总高度比限值的要求，每个结构单元内纵向和横向的剪力墙总刚度不宜少于下式：

EJq=γWH（t-m2)......(3)

式中:W-地面以上建筑物总重量

H-总高度

D-框架系柱总平均抗侧移刚度

A-结构单元标准层面积

D/A-框架系刚度率

Γ值见表2

场地土 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

设计烈度 50 100 50 100 50 100

7 构造 60 20 570 480

8 100 30 310 170 2840 2580

9 740 620 2010 1750

表2的γ值按下列参数确定：框架梁与剪力墙的联结按铰接，结构系数C=0.33，位移计算中刚度折减系数β=0.62，结构基本周期考虑非承重影响的折减系数χ0=0.75.

一般高层建筑在大开间大柱网时，D/A值总是大于50，考虑到由于不同柱网框架系刚度变化剪力墙数量的影响，故把框架系的刚度率D/A值分为50和100两种。工程设计应用中，如果实际的D/A值为表2所列值之间时，γ值可采用插入法确定。例如：设计烈度为8度，Ⅱ类场地土，框架系刚度率D/A=65，纵向和横向所需剪力墙总刚度为：EJq=（310-（310-170）/50*15)WH=268WH

参考文献：

钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定. JGJ3-79. 主编单位：中国建筑科学研究院

《高层建筑结构设计原理》 作者：彭伟 出版社：西南交通大学出版社

《高层建筑设计与技术》 作者：刘建荣 出版社：中国建筑工业出版社