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（ShanghaiArchitecturalandEngineeringConsultantsCo.,Ltd.Shanghai200120,China
Abstract Someissuesondesignofframe2shearwallstructuresbasedonanactualbuildingprojectcasearediscussed.Forthesafetypurpose,theseismicoverturningmomentsinXandYdirectionbearedbyframesarelessthan50%forthestudiedcase.Undertheconditionofthefixedconditionofbasementfloorslabandtheconditionthatthestiffnessratioaresatisfied,thecalculatedperiodsanddisplacementratioswillbemoreaccuratethanthemodelwithoutthebasementstructureswhenthebasementstructurescanbeaddedintothewholebuildingcalculationmodel.Finallytherationalityofthestructuraldesigncanbeassessedbycheckingtheratioofshear2wallcross2sectionalareatothefloorarea.Keywords frame2shearingwallstructure,seismicoverturningmoment,
shear2wallcross2sectional
area,rationality
随着我国国民经济不断发展,对高层建筑的需求愈来愈大,高层建筑的应用愈来愈广泛,结构的形式也多种多样
[1]
。
框架-剪力墙结构由框
架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成,由于剪力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大得多,故它们的协同作用既可以提供整体结构较大的抗侧力,也利用了框架结构可以提供较大空间的优越性
[2]
因此这种结构体系整体性好、刚度大、侧
向变形小、抗震性能好,易于满足高层结构中现行国家规范限定值要求[3]
而得到广泛应用。
下面
结合工程实例,简单介绍某框架-核心筒结构设
计中的几个问题。
1 工程概况
上海某新建办公楼,建筑占地面积2044.9m2
建筑总面积30894.58m2
地下3层,地上办
公楼24层（总高度90.400m,标准层平面图详见图1。
办公楼因需要大开间采用框架-核心筒结构,底层层高为4.8m,其余层高均为3.65m。
高度为A级,抗震设防7度,设计地震分组第一组,设计加速度0.1g,建筑结构安全等级二级,抗震设防类别为丙类,场地土类别Ⅳ类,特征周期0.9s,剪力墙抗震等级二级,框架抗震等级二级。
图1 标准层平面图
Fig.1 Typicalfloorplan
2 计算分析
办公楼剪力墙底部加强部位墙厚350mm,框
架柱底1100mm×
1000mm,底部混凝土强度
等级C50,底部加强部位结构布置见图2。
经过SATWE计算结构中框架柱承担倾覆力矩见表1
图2 底部加强部位结构布置图
Fig.2 Bottomstructuralstrengtheninglayout
・
61・StructuralEngineersVol.26,No.4StudyofDesignMethod
表1框架柱承担倾覆力矩
Table1Seismicoverturningmomentsbearedbyframes
所在层数柱倾覆弯矩（X向
地震/（kN・m
墙倾覆弯矩（X向
柱倾覆弯矩
百分比/%
柱倾覆弯矩（Y向
墙倾覆弯矩（Y向
2720.32741.80.7476.71168.86.16261735.86004.422.433496.63877.147.42253592.210941.024.726591.78281.444.32247565.016166.231.8813586.412861.651.372311639.323448.233.1719898.019688.550.262216280.032882.833.1126729.128595.848.312121286.343945.932.6333770.839368.546.172027134.356026.832.6341571.551641.744.601935359.467949.834.2352479.862605.645.601843517.481408.734.8362902.775610.645.411752098.895974.735.1873604.689859.145.031660924.8111683.135.3084317.2105577.444.401570000.7128606.935.2595301.8122443.943.771478449.8146998.534.80106335.9140140.243.141388262.5165453.234.79118896.4157374.943.041297872.6185316.234.56130895.7176612.442.5711107686.5206129.234.32142744.7197424.741.9610117598.1227897.734.04154243.9219922.941.229127462.5250650.533.71165374.9244050.940.398137316.2274174.533.37175932.8269996.339.457147145.7300038.732.90185505.3300060.338.206157251.3326043.932.54194876.3331549.037.025166466.5353276.332.03201295.5366830.835.434181938.3385933.632.04214465.7407209.834.503202332.4402980.633.43237262.9419406.236.132204043.8411400.933.15238909.3435151.935.441204591.5415821.532.98239240.5444258.335.00
表中可以看出,柱承担的倾覆弯矩随着楼层加高,逐渐增大。
Y向在23层左右达到最大值,23层以上又逐渐减少;
X向在16层左右达到最大值,16层以上减少。
并且,X向在20层以上出现柱承担的倾覆弯矩大于50%[4]。
《高层建筑混凝土结构技术规程》8.1.3提出,在对框架-剪力墙结构作抗震设计时,在基本振型地震作用下,框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构采用,柱轴压比限制宜按框架结构的规定采用,其最大适用高度和高宽比限值可比框架结构适当增加。
经过分析,在水平荷载作用下,框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主,而剪力墙的变形则以弯曲型为主,由于两者是受力性能不同的两种
结构,因而两者之间需要通过楼板的协同工作[5]。
由于楼板平面内刚度很大（计算中假定为无限刚度,因此在同一楼板处必有相同位移,这形成了框架-剪力墙结构特有的变形曲线,呈反S形的弯剪型变形曲线（图3[6,7],框架下部位移增长迅速,上部增长较慢,剪力墙则与之相反。
在框-剪结构下部,侧移较小的剪力墙对框架提供帮助,墙把框架向左边拉,框架-剪力墙的侧移比框架单独侧移小,比剪力墙单独侧移大;
而上部,框架又可以对剪力墙提供支持,即框架把墙向左边推,其侧移比框架单独侧移大,比剪力墙单独侧移小。
所以上部框架相对下部承担的倾覆弯矩较大,考虑到本设计楼层较高,且现行规范未明确说明当柱承担的倾覆力矩大于50%时,适用高度的・
7
1
・设计方法研究・结构工程师第26卷第4期
控制要求,所以又增加了墙体,增加了剪力墙的刚度,以满足柱承担的倾覆力矩小于50%。
经过调
整的框架柱的地震倾覆弯矩百分比见表2。
图3 框架、剪力墙和框架-剪力墙的侧移
Fig.3 Driftofframe,shearwallandframe2shearingwall
表2框架柱地震倾覆弯矩百分比
Table2
Seismicoverturningmomentsbearedbyframes
所在层数
柱倾覆弯矩（X向
地震/（kN・m
墙倾覆弯矩（X向
柱倾覆弯矩（Y向地震/（kN・m
墙倾覆弯矩（Y向
2720.62535.70.8174.71000.86.94262674.17265.526.903566.95191.140.73255508.614573.427.436741.411640.036.682411514.122209.734.1413913.618693.042.672315640.929537.334.6220159.025476.644.172220328.038407.534.6126916.333742.744.372125369.948458.834.3633882.542556.944.332031256.658938.834.6541605.454134.543.461939546.469693.036.2052448.164025.445.031847756.582437.236.6862823.576157.245.201756393.696214.536.9573506.189354.945.131665277.3111073.837.0284233.7103837.444.791574432.7127056.136.9495298.0119303.244.411483015.3144399.536.50106470.5135576.243.991393001.1161768.336.50119263.1151204.144.1012102803.8180510.336.29131593.0168679.043.8211112842.9200186.036.05143894.7187571.543.4110123016.2220814.235.78155983.0207996.742.859133230.5242406.735.47167917.5229846.342.228143504.3264783.835.15179497.7253215.741.487153654.0289604.834.66190089.1280134.240.436201055.9308042.439.49201055.9308042.439.495174040.9340795.033.81209717.8339504.638.184192856.0369309.534.31227707.1371344.938.013202332.4402980.633.43237262.9419406.236.132204043.8411400.933.15238909.3435151.935.441
204591.5
415821.5
32.98
239240.5
444258.3
35.00
由表2可见,虽然柱倾覆弯矩百分比的变化趋势同表1接近,但是最大的柱倾覆弯矩百分比
81・StructuralEngineersVol.26,No.4StudyofDesignMethod
小于50%,满足较严格的规范要求。
3 带地下室与不带地下室模型周期及位移比较
考虑地下室顶板嵌固（设计满足构造要求及侧向刚度比等要求,按带地下室与不带地下室的计算结果表明,周期、最大层间位移角及位移比等参数差别较大,见表3与表4。
地下室顶板虽然嵌固,但仅限制了位移,梁柱之间的转角还是存在的。
不带地下室相当于把地下室当作刚性基础,其实是不合理的。
而只有基础是箱形基础,或者地下室墙体较多,不带地下室与带地下室计算结果才比较接近。
此次设计采用带地下室模型,更接近真实情况。
表3模型周期比较
Table3Comparisonofmodelperiods
带地下室模型周期（地下3层,地上24层
振型号周期/s转角平动系数/（X+Y扭转系数
12.204288.501.00（0.00+1.000.00
22.0799177.030.63（0.63+0.000.37
31.92891.060.37（0.37+0.000.63
不带地下室模型周期（地下室顶板嵌固,地上24层
12.050684.230.99（0.01+0.980.01
22.0043167.000.54（0.52+0.020.46
31.84170.550.44（0.44+0.000.56
框架-剪力墙结构合理周期T=（0.08-0.12n[8]（n为层数,此次设计在合理周期范围内。
表4模型位移比较
Table4 Comparisonofmodeldisplacement
带地下室模型位移比（地下3层,地上24层
地震方向最大层间
位移角
所在
层数
最大水平位移和
层间位移比
X方向地震1/88616<
1.2
X双向地震1/88616<
Y方向地震1/89416<
Y双向地震1/84416<
不带地下室模型位移比（地下室顶板嵌固,地上24层X方向地震1/95813<
X双向地震1/95613<
Y方向地震1/92813<
Y双向地震1/86613<
4 办公楼剪力墙数量的合理性
框剪结构中剪力墙若配得太少,对抵抗风荷载及地震作用的帮助很小;
但若配得太多,又增加
了材料用量,增加了结构自重,增大了地震作用效
应,也是没有必要的。
根据国内已建大量框架-
剪力墙结构建筑,其底部剪力墙截面总面积与楼
面面积之比（A
w
+Ac/Af为3%~5%,Aw/Af为
1.5%~
2.5%[6],这样是比较合理的。
本次设计,A
=18.31m2,Ac=17.84m2,Af=965m2,（Aw+Ac/Af=3.75%,Aw/Af=1.90%。
两个参数均在较为合理的范围,可以判断剪力墙的数量较为合理。
5 结 论
（1框架-核心筒结构柱承受的倾覆弯矩在
中部偏大,这是框架-核心筒协同工作的结果,建
议在较复杂和较高的结构中,适当增加剪力墙面
积,增加剪力墙承担的倾覆弯矩。
（2高层结构若地下室顶板作为嵌固,最好
在建模时将地下室合并考虑,这样得出的周期、位
移比以及位移结果更接近真实情况。
（3通过比较整个结构的周期与层数的关系
以及剪力墙的面积和整个楼面面积之比,可以简
便判断剪力墙布置数量的合理性。
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