配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)
對(duì)配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的理解與設(shè)計(jì)建議
（注意：文章上傳過(guò)程圖表及單位可能有丟失，請(qǐng)核對(duì)原文）
一、對(duì)規(guī)范規(guī)定的理解
《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2002（以下簡(jiǎn)稱“高規(guī)”）第6.1.7條指出：“抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時(shí)，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算應(yīng)考慮該剪力墻與框架的協(xié)同工作”。對(duì)“高規(guī)”的上述規(guī)定可以從以下幾方面理解：
1．設(shè)置剪力墻并沒(méi)有改變結(jié)構(gòu)體系，是帶有少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，屬于一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，但仍是框架結(jié)構(gòu)；
注意：明確結(jié)構(gòu)體系的目的在于分清框架及剪力墻在結(jié)構(gòu)中的地位后，其中框架是主體，是承受豎向荷載的主體，也是主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。
2．鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，只是在框架結(jié)構(gòu)的位移無(wú)法滿足規(guī)范要求時(shí)，才設(shè)置少量剪力墻，設(shè)置少量剪力墻的目的在于滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)的位移限值要求；
注意：不是滿足框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移要求，如果要滿足框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)構(gòu)體系變?yōu)榭蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)。
3．結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中除應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算外還應(yīng)考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作。
注意：規(guī)范雖未明確要按純框架結(jié)構(gòu)計(jì)算，但對(duì)這一特殊的框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的所有要求（承載力要求、彈性變形限值要求、彈塑性變形限值要求等）均應(yīng)滿足，因此，按純框架結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算是必須的，同時(shí)還明確對(duì)這類框架結(jié)構(gòu)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)和按框架與剪力墻協(xié)同工作（即按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)的必要性。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題
規(guī)范的本條規(guī)定尚未明確的問(wèn)題有：
1．對(duì)布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的定量把握
布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)與剪力墻較少的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在定量上無(wú)明確的界限，如在結(jié)構(gòu)位移僅能滿足框架結(jié)構(gòu)限值要求的前提下，可將框架和剪力墻協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)描述為“配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)”，而當(dāng)結(jié)構(gòu)位移滿足框架-剪力墻結(jié)構(gòu)限值要求的前提下，又可將框架和剪力墻協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)描述為“框架-剪力墻結(jié)構(gòu)”。對(duì)結(jié)構(gòu)體系的定性把握的搖擺性加大了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)體系描述的隨意性。
2．布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)其適用高度規(guī)范未予以明確，加大了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的把握難度。
3．規(guī)范規(guī)定了考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作原則，但未明確對(duì)剪力墻和框架的具體設(shè)計(jì)方法。
三、設(shè)計(jì)建議
為在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中更好地把握規(guī)范，筆者提出以下設(shè)計(jì)建議供參考。
1．對(duì)少量剪力墻的定量把握原則
建議當(dāng)框架的傾覆力矩 不小于結(jié)構(gòu)底部?jī)A覆力矩的75%時(shí)，可將其確定為配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，相關(guān)結(jié)構(gòu)的傾覆力矩比要求見(jiàn)表1。
結(jié)構(gòu)體系與框架傾覆力矩比（ / ）的關(guān)系 表1
結(jié)構(gòu)體系 框架傾覆力矩比 對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響程度
框架-剪力墻 / ≤0.5 框架部分的抗震等級(jí)及柱軸壓比按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架確定
0.75＞ / ＞0.5 框架部分的抗震等級(jí)及柱軸壓比按純框架結(jié)構(gòu)確定
少量剪力墻的框架 / ≥0.75 結(jié)構(gòu)的最大適用高度可按配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)確定
2．布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度
建議對(duì)布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度適當(dāng)提高，提高幅度不超過(guò)20%（注意：是在框架結(jié)構(gòu)最大適用高度的基礎(chǔ)上，增加框架-剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度與框架結(jié)構(gòu)最大適用高度差值的20%，而不能將框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度直接放大20%）。
3．框架的設(shè)計(jì)原則
1）框架結(jié)構(gòu)按純框架結(jié)構(gòu)（不計(jì)入剪力墻）和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。
2）框架的抗震等級(jí)按純框架結(jié)構(gòu)確定，對(duì)房屋的適用高度超出框架結(jié)構(gòu)的最大適用高度（在上述2的范圍內(nèi)）時(shí)，可比最大適用高度的框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)提高一級(jí)，已為一級(jí)的則采取比一級(jí)更更強(qiáng)的抗震措施（采取比一級(jí)強(qiáng)，比特一級(jí)低的抗震措施，如采取比一級(jí)提高20%（參考上述2的原則確定）的加強(qiáng)措施）。
4．剪力墻的設(shè)計(jì)原則
由于規(guī)范未明確布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算原則，此處列出三種對(duì)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者選擇：
1）全包絡(luò)設(shè)計(jì)原則
對(duì)剪力墻按框架-剪力墻協(xié)同工作（即按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）計(jì)算，取相應(yīng)計(jì)算結(jié)果配筋設(shè)計(jì)；剪力墻的抗震等級(jí)按框架-剪力墻確定。
上述方法是施工圖審查單位常提出的設(shè)計(jì)要求，其理由是：規(guī)范要求考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作（但未明確要求對(duì)框架和剪力墻均進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)）。
2）剪力墻構(gòu)造
對(duì)剪力墻按框架-剪力墻協(xié)同工作（即按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）計(jì)算，剪力墻的抗震等級(jí)取四級(jí)，剪力墻則按構(gòu)造配筋設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)理由：設(shè)置剪力墻的根本目的是控制框架結(jié)構(gòu)的彈性位移值，并使其滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)彈性位移限值的要求，不考慮剪力墻的承載能力要求，因此剪力墻在滿足豎向承載力要求的前提下可構(gòu)造設(shè)置。
3）剪力墻按現(xiàn)有截面的最大設(shè)計(jì)
對(duì)剪力墻按框架-剪力墻協(xié)同工作（即按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）計(jì)算，剪力墻的抗震等級(jí)按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)確定，剪力墻配筋按計(jì)算要求，當(dāng)剪力墻計(jì)算超筋時(shí)，在滿足強(qiáng)剪弱彎的前提下按截面的最大配筋率配筋設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)理由：設(shè)置剪力墻的根本目的是控制框架結(jié)構(gòu)的彈性位移值，使其滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)彈性位移限值的要求，可有條件（在剪力墻能承擔(dān)的范圍內(nèi)）考慮剪力墻的承載能力要求，因此剪力墻的可按其最大承載力要求配筋。
4．特別建議
由于布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)原則及具體設(shè)計(jì)中存在諸多不確定因素，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖審查帶來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy，筆者建議，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用，盡可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能較好的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)必須采用時(shí)，應(yīng)提前與施工圖審查單位溝通，以利于設(shè)計(jì)
連梁超筋處理
連梁超筋的處理
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剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁及框筒結(jié)構(gòu)中的裙梁一般較易出現(xiàn)超筋超限現(xiàn)象，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒�。剪力墻連梁超筋、超限時(shí)，可根據(jù)“混凝土高規(guī)”第7.2.25條的相關(guān)規(guī)定，作如下處理：
一、對(duì)連梁的計(jì)算處理
1．連梁調(diào)幅處理（計(jì)算結(jié)果①）
抗震設(shè)計(jì)剪力墻中連梁的彎矩和剪力可進(jìn)行塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計(jì)值。但在結(jié)構(gòu)計(jì)算中已對(duì)連梁進(jìn)行了剛度折減的連梁，其調(diào)幅范圍應(yīng)限制或不再調(diào)幅。當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后，其余部位的連梁和墻肢的彎矩應(yīng)相應(yīng)加大。
一般情況下，經(jīng)全部調(diào)幅（包括計(jì)算中連梁剛度折減和對(duì)計(jì)算結(jié)果的后期調(diào)幅）后的彎矩設(shè)計(jì)值不小于調(diào)幅前（完全彈性）的0.8倍（6、7度）和0.5倍（8、9度）。
2．連梁的鉸接處理（計(jì)算結(jié)果②）
當(dāng)連梁的破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響（即連梁不作為次梁的支承梁）時(shí)，可假定該連梁在大震下的破壞，對(duì)剪力墻按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析（為減小結(jié)構(gòu)計(jì)算工作量可將連梁按兩端鉸接梁計(jì)算），墻肢應(yīng)按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)（一般情況下，連梁鉸接處理后，墻的計(jì)算結(jié)果較大），以保證墻肢的安全。
3．對(duì)超筋連梁的計(jì)算處理（計(jì)算結(jié)果③）
剪力墻的連梁考慮剛度折減后，當(dāng)部分連梁仍不能滿足規(guī)范剪壓比（）限值時(shí)，減小連梁截面，此時(shí)連梁計(jì)算可能仍有超筋，但其計(jì)算剪力V2已不大于原有截面的最大受剪承載力[V1]，即V2≤[V1]，滿足本規(guī)程第6.2.6條的要求。
4．連梁計(jì)算處理后的情況分析
1）情況一：連梁調(diào)幅處理（計(jì)算結(jié)果①）后，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求；
2）情況二：對(duì)連梁進(jìn)行計(jì)算處理后（計(jì)算結(jié)果③），連梁不再有超筋現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的層間位移仍能滿足規(guī)范要求，即層間彈性位移角符合表4.6.3要求；
3）情況三：對(duì)連梁進(jìn)行計(jì)算處理后（計(jì)算結(jié)果②），連梁不再有超筋現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的層間位移仍能滿足規(guī)范要求，即層間彈性位移角符合表4.6.3要求；
4）情況四：對(duì)連梁進(jìn)行計(jì)算處理后（計(jì)算結(jié)果③），連梁仍有超筋現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移不能滿足規(guī)范要求，即層間位移角已不符合表4.6.3要求，且確無(wú)其他手段加大結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍需采用原有連梁的構(gòu)件截面尺寸，以滿足結(jié)構(gòu)的層間彈性位移角要求。
二、剪力墻的配筋設(shè)計(jì)
1．對(duì)情況一：剪力墻可直接按計(jì)算結(jié)果①配筋。
2．對(duì)情況二，剪力墻按最后計(jì)算的結(jié)果（結(jié)果③）配筋（此時(shí)，要求連梁取用小截面，即計(jì)算③所采用的截面）。
3．對(duì)情況三，剪力墻應(yīng)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，配筋取計(jì)算結(jié)果①、②的較大值（此時(shí)，要求連梁取用小截面，即計(jì)算②所采用的截面）。
4．對(duì)情況四，剪力墻應(yīng)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，配筋取計(jì)算結(jié)果①、③的較大值（此時(shí)，要求連梁取用實(shí)際截面，即計(jì)算①所采用的截面）。
三、連梁的截面及配筋設(shè)計(jì)
1．對(duì)情況一，連梁按計(jì)算結(jié)果①配筋。
2．對(duì)情況二，連梁按計(jì)算結(jié)果③配筋。
3．對(duì)情況三，連梁按計(jì)算結(jié)果②配筋，同時(shí)應(yīng)采取措施確保計(jì)算中的鉸接連梁與剪力墻的真正“鉸接”；當(dāng)對(duì)鉸接梁采用非“鉸接”做法時(shí)，則應(yīng)按下述4設(shè)計(jì)。
4．對(duì)情況四，連梁取實(shí)際截面，即計(jì)算結(jié)果①的截面，按V2及相應(yīng)彎矩M2計(jì)算連梁配筋，舉例如下：
某連梁截面為250mmx600mm，該連梁所能承擔(dān)的最大剪力（按“混凝土高規(guī)”第6.2.6條計(jì)算，也可從電算結(jié)果的超筋信息中直接讀�。V1]= 400kN，初次計(jì)算（對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果①）剪力為V=500kN>[V1]，需調(diào)整計(jì)算。減小連梁的計(jì)算截面至250mmx450mm，此時(shí)連梁的計(jì)算剪力（對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果③）V2=380kN<[V1]，相應(yīng)計(jì)算彎矩為M2，調(diào)整計(jì)算結(jié)束。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，連梁截面仍取為250mmx600mm，取用內(nèi)力V2、M2計(jì)算配筋。
連梁超筋調(diào)整計(jì)算要點(diǎn)
過(guò)程 計(jì)算截面（b×h）（mm） 計(jì)算剪力
（kN） 截面允許剪力
（kN） 計(jì)算判別 實(shí)際截面
1 250×600 500 400 需調(diào)整 250×600
2 250×450 380 計(jì)算結(jié)束
實(shí)際配筋時(shí)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，如：
1）縱向鋼筋配置：根據(jù)實(shí)際連梁與計(jì)算連梁有效高度的比值，對(duì)計(jì)算的連梁縱向鋼筋面積進(jìn)行調(diào)整，并按其配筋（應(yīng)同時(shí)滿足最小配筋率要求）；
2）箍筋配置：對(duì)連梁箍筋也可以按連梁的截面要求（“混凝土高規(guī)”第7.2.23條的要求）作為連梁的剪力設(shè)計(jì)值求出相應(yīng)連梁的箍筋面積，計(jì)算公式如下：
（1）非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，按“混凝土高規(guī)”公式(7.2.23-1)右式與公式(7.2.24-1)右式相等：
0.25 =0.7 （1）
得： （2）
當(dāng)連梁箍筋間距s=100mm時(shí)，非抗震設(shè)計(jì)的連梁最大箍筋面積（mm2）見(jiàn)表1。
表1 非抗震設(shè)計(jì)的連梁最大箍筋面積（mm2）
梁寬
mm 非抗震設(shè)計(jì)
C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50
200 156 199 245 293 341 383 424
250 194 249 307 366 426 478 530
300 233 298 368 440 511 574 636
350 272 348 429 513 597 669 742
400 311 398 491 586 682 765 848
450 350 447 552 659 767 861 954
500 388 497 613 733 852 956 1060
550 427 547 674 806 937 1052 1166
600 466 596 736 879 1023 1147 1272
注：當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，表中數(shù)值乘以0.7；當(dāng)采用HRB400級(jí)鋼筋時(shí)，表中數(shù)值乘以0.583。
（2）抗震設(shè)計(jì)時(shí)：
① 跨高比大于2.5時(shí)：
按“混凝土高規(guī)”公式(7.2.23-2)右式與公式(7.2.24-2)右式相等：
0.20 =0.42 （3）
得： （4）
② 跨高比不大于2.5時(shí)：
按“混凝土高規(guī)”公式(7.2.23-3)右式與公式(7.2.24-3)右式相等：
0.15 =0.38 （5）
得： （6）
當(dāng)連梁箍筋間距s=100mm時(shí)，抗震設(shè)計(jì)的連梁最大箍筋面積（mm2）見(jiàn)表2。
表2 連梁的最大箍筋面積（mm2）
梁寬
mm 跨高比大于2.5時(shí) 跨高比不大于2.5時(shí)
C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50
200 139 176 215 256 296 330 365 111 141 174 207 240 269 298
250 174 220 269 319 370 413 456 139 177 217 259 301 337 373
300 209 264 323 383 443 495 547 167 212 261 311 361 404 447
350 243 308 377 447 517 578 638 195 248 305 363 421 471 522
400 278 352 431 511 591 660 729 222 283 348 415 481 539 596
450 313 396 484 575 665 743 820 250 319 392 467 541 606 671
500 347 440 538 639 739 825 911 278 354 435 518 602 674 746
550 382 484 592 702 813 908 1002 306 390 479 570 662 741 820
600 417 528 646 766 886 990 1093 334 425 522 622 722 808 895
注：當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，表中數(shù)值乘以0.7；當(dāng)采用HRB400級(jí)鋼筋時(shí)，表中數(shù)值乘以0.583。
四、相關(guān)索引
“抗震規(guī)范”的相關(guān)規(guī)定見(jiàn)其第6.2.13條。
