少墙框架结构在工程设计中的应用

晋哲锋 （安徽省城乡规划设计研究院，安徽 合肥 230022）

1 引言

框架结构是传统民用建筑中经常采用的一种结构型式，其主要优点有建筑平面布置灵活，可形成较大建筑空间。结构的整体性较好，能达到较好的抗震效果等，同时其也存在着侧向刚度、抗扭刚度小等不足，常会导致层间位移角及扭转位移比无法满足规范要求。因此，在框架结构中设置少量抗震墙的设计方法日益增多，并取得良好的效果，从而形成了一种特殊的结构体系——设置少量抗震墙的框架结构，即少墙框架。

关于少墙框架的定义及相关要求，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）（以下简称《抗规》）[1]与《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）（以下简称《高规》）[2]中都有描述，但并不完全统一，且上述规范对少墙框架结构中的框架及剪力墙均未予以量化，对剪力墙在这种结构形式中的作用未予以说明，导致结构设计及施工图审查时无章可循，在实际工程中也难以广泛应用[3]。本文结合实际工程实例，提出了少墙框架体系的应用范围和设计思路。

2 工程概况

本工程位于合肥市滨湖新区，为某基地综合馆，长59.8m，宽53.6m，主要柱网尺寸8.4m×8.4m。地下1层，地上5层，建筑面积约 2.2万 m2，总高23.20m。其中地下1层为机动车库及设备配套用房，首层为展馆，层高7.4m。二层为信息中心和档案库，层高4.8m。三层为运动场地，高度4.8m+3.8m+3.8m，四、五层为附属办公用房，围绕运动场地上空呈回字形布置，平面图如图所示，层高均为3.8m。本工程结构设计使用年限为50年。抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，特征周期为0.35s，场地类别为Ⅱ类，50年重现期的基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。建筑方案平面中四个角部均设有疏散用楼梯，造成了角柱虽有两个方向框架梁的拉结，但却缺少水平楼板连接，对于结构抗震及抗扭转不利。结构方案布置采取了加强角部楼梯间的刚度，在楼梯间角柱位置两个方向上均设置少量的剪力墙。墙长1500，墙厚200，墙肢均与框架柱相连接。

3 计算分析

采用盈建科软件，按纯框架结构及框架—剪力墙结构两种结构体系分别建模，根据软件计算结果，在设置了少量抗震墙的计算模型中，结构底部框架部分在X、Y方向所承担的地震倾覆力矩分别为75.70%、76.60%，按《抗规》第6.1.3条属于典型的少墙框架结构在多遇地震作用下两种结构方案的抗震性能比较见表1所示。

综合管三层平面示意

由于增加少量抗震墙后可有限增加结构刚度，前两个振型的自振周期均略有降低，但第三振型（扭转振型）的自振周期降低明显，可以有效控制扭转周期比，满足规范要求。同时两种结构体系在规定水平力作用下弹性层间位移角均满足规范对框架结构的要求，少墙框架结构的层间位移角减小幅度不大，说明这种结构体系的刚度在满足规范柔性的条件下，刚度并没有过大，但可以显著改善框架结构的抗震性能。

4 经济对比

对两个结构体系进行钢筋用量和混凝土用量的统计，考虑到两个结构的平面和楼板厚度、配筋相同，仅对梁、柱、墙的经济指标进行比较，详见表2。由此可知，与纯框架结构相比，少墙框架结构混凝土用量增加4.4%，钢筋用量增加5.7%，考虑到实际配筋设计时需要采用包络设计，含楼板等未计入在内的工程量，最终的综合造价比纯框架结构增加不超过5%，经济性显著。

设置少量抗震墙后结构参数对比 表1

5 少墙框架结构的设计方法

5.1 弹性层间位移角的设计原则

少墙框架结构仍然属于框架结构范畴，在多遇地震作用下的层间位移角限值，可按底层框架部分承担的倾覆力矩的大小，在框架结构和框架—抗震墙结构两者的弹性层间位移角限值之间进行偏安全的内插，具体见表3。

5.2 框架的设计原则

相关研究表明，少墙框架与框架—剪力墙的剪力分布情况不同，为了精确分析框架和墙体的协同工作结果，保证结构有一定的安全冗余，《抗规》中明确规定，少墙框架结构其框架部分的地震剪力值，宜取框架结构模型和框架—剪力墙模型二者计算结果的较大值，即按纯框架结构（不计入剪力墙）和框架—剪力墙结构分别计算，取两者中的较大值作为框架结构的配筋依据，框架的抗震等级按纯框架结构确定。

5.3 抗震墙的设计原则

框架结构设置少量抗震墙的目的，一是适当增大框架结构的刚度，二是提高框架结构的抗地震倒塌能力[4]。由于少墙框架结构不必调整框架部分各层的地震剪力。因此，应通过降低抗震墙部分各层的地震剪力（实质是降低抗震墙的承载力），使抗震墙先于框架屈服、破坏。《抗规》规定，少墙框架结构的抗震墙，其抗震构造措施可按抗震墙结构的规定执行。为了使少墙框架结构的抗震墙起到“保险丝”的作用，用于设计的抗震墙的地震剪力标准值应小于框架—抗震墙模型的计算结果。抗震墙应设计成短墙或开竖缝墙，避免承受过大的水平剪力。当为联肢墙时，采用大胯高比的连梁，使各墙成为独立墙肢。抗震墙可根据剪压比限值配置水平钢筋，然后根据强剪弱弯的原则配置竖向钢筋。

经济指标对比 表2

含少量抗震墙的框架结构弹性层间位移角限值 表3

6 结论

文章以实际工程为例，通过对比少墙框架结构和纯框架结构在多遇地震作用下的计算结果，可以发现在多层框架结构中设置少量抗震墙，可有效提高框架结构中的薄弱部位的刚度，改善框架结构的抗扭转性能，减小弹性层间位移角，框架结构的各项抗震性能指标也均有所改善，同时造价提高幅度不多，因此少墙框架结构在多层建筑中有很好的实用性。