浅论某框-剪建筑结构的概念设计

浅论某框—剪建筑结构的概念设计随着当今科学技术的迅猛发展，人们的生活水平有了极大提高，这促使人们对于居住条件提出了更高的要求。计算机结构程序的全面应用给结构设计师带来极大方便，提高了设计的效率和质量，然而仅仅依赖于计算机程序的建筑结构设计是不够的，工程师只有通过概念设计将所感知事物的共同本质特点抽象出来加以概括才能形成符合时代要求的建筑产品。本文结合工作实践，对概念设计在框剪结构设计中的运用进行了论述。

引言

随着计算机技术及计算方法的不断发展，结构设计人员在设计中常常陷入只凭计算的误区。然而对一个结构工程师来说，概念设计比精确计算对确保结构安全可靠及使用功能方面更为重要。概念设计[1]是从结构的宏观整体出发，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，正确处理结构总体方案、材料使用和细部构造等，以达到合理进行结构抗震设计的目的。

1结构总体概念设计

在建筑结构的初步设计阶段，应积极配合建筑专业并依据已有的结构总体设计原则和概念，处理好结构方案、材料选型和细部构造等问题。

1.1结构方案的合理选取

灾难调查和事故分析表明：结构方案对建筑物的安全使用有着决定性的影响。相关规范规定，选择结构方案[3]应遵循以下基本原则：

1.1.1选用合理的结构体系、构件形式和平面布置，结构传力途径应简洁、明确，竖向构件宜连续贯通、对齐

1.1.2结构的平、立面布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续

1.2建筑材料选型及细部构造

为了满足建筑的空间使用要求，在框架体系中需要设置各式各样的填充墙体。填充墙体材料的种类很多，但应尽可能选用轻质的墙体材料。

众所周知，一个好的建筑物不但要满足使用的功能要求，还要以漂亮的外形展示给人们，这就需要在已有结构构件的相应部位增加细部构造。结构设计中为保证细部构造的安全稳固通常需要遵循两个基本原则：（1）细部构造与主体结构构件要有可靠的连接并具有良好的传力性能；（2）应考虑细部构造变形对主体结构构件产生的影响。

2框-剪结构概念设计的应用

2.1框-剪结构设计的原则

框剪结构中剪力墙部分具有较大的抗侧刚度，因其结构布置灵活，能够形成较大的空间，这种结构形式目前已被广泛采用。框剪结构由于剪力墙与框架相互作用，框架部分与纯框结构相比受力状态差异较大，其在地震中的破坏模式也比较复杂。因此，在设计初期需要遵循以下基本原则：

2.1.1结构体系应具有合理的抗侧刚度

为发挥框剪结构体系的优越性，剪力墙与框架在整个建筑中所占比重应当力求合理。剪力墙布置过多会造成结构整体抗侧刚度过大而使得变形能力太差，容易造成局部受损乃至整体破坏；若剪力墙布置过少会造成结构整体过柔虽然具有较好的减震耗能作用，但是易产生过大变形而无法使用甚至整体倾覆，因为此时的结构体系已偏向于纯框架，丧失了两者协调工作的效能。

2.1.2结构体系应有多道抗震防线

框剪结构是具有多道防线和良好性能的抗震结构，其中剪力墙既是主要抗侧力构件又是第一道抗震防线。相关规范规定：剪力墙承受的结构底部地震倾覆力矩不应小于底部总地震倾覆力矩的50%。同时，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值，这是发挥第二道防线的抗侧力作用。

2.1.4强结点和强锚固

对于框剪结构这样的复杂体系，结点的复杂性难于预测和控制，即使从理论上保证了每个构件的强度和刚度，但因结点的普遍存在，力的传递往往不能畅通而出现集中甚至中断，破坏由此而发生，因此做强结点和可靠锚固是设计人员的追求。

2.2框-剪结构设计的注意事项

2.2.1剪力墙的合理布置[4]

框剪结构应设计成双向抗侧力体系；抗震设计时，结构两个主轴方向均应布置剪力墙，避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则，侧向刚度不宜过大。框剪结构中，主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接；梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，不重合时，在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区构造和受力的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。

2.2.2设备夹层部分模型的处理

工程实际中，为了满足设备的使用要求，在楼层间要设置局部夹层[2]。由于软件建模时无法实现在楼层间形成楼板，我们通常把夹层楼板的荷载导算到夹层梁上，让其参与结构体系的整体抗震计算。

3工程实例分析

某项目情况：主楼部分12层全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，下设三层地下车库。其中在第二层的层间有设备夹层，第一层的层高是5.4m，第二层的层高是4.8m，其他层为4.0m。该建筑设计使用年限为50年，重要性类别为乙类，基本风压按50年一遇取值。

3.1人防地下室及基础设计

本工程为三层地下室，人防部分设于地下三层，设3个防护单元，平时为汽车库，战时为二等人员掩蔽所。进入人防地下室的车道出入口战时封堵，不做战时主要出口。根据工程地质报告及结构布置特点，由于地下室埋置较深，需要做抗浮设计，设计时采用永久性抗浮锚杆。

3.2地上部分结构设计

3.2.1结构体系

1）剪力墙的布置：遵从概念设计的原则，结合本工程的特点，剪力墙的布置很难达到规则、对称的效果，只能在楼、电梯间增设剪力墙，各自形成局部小筒体，然后在建筑两端各增设两片剪力墙，这样同时也可以满足建筑使用上的要求。

2）框架梁、柱的布置：为满足建筑的空间使用要求，两端第一跨不允许布置框架柱。通过研究，只能布置大跨度斜向的框架梁。另外，屋面层有覆土，还有各类的风机基础，考虑到荷载比较大，而且分布范围比较广，因此，整个屋面采用井字梁的结构布置形式。

3）连梁刚度：剪力墙与框架柱间的梁应设计成强连梁，加强框架与墙的整体作用，从而缓解由于剪力墙中断而造成的与剪力墙相连的框架柱内力的突变。其他情况的联肢墙宜设计成弱连梁。

3.2.2框架部分配筋要点

1）梁的钢筋在尽端是锚入柱的，大跨斜梁应尽可能选择大直径单排配筋的形式，这是为了避免与该梁相交的其他梁的钢筋锚固冲突，同时也是为了方便施工。

2）本工程第二层的层间存在设备夹层。虽为局部夹层，但在地震作用下该部分属于相对薄弱部位，因此夹层楼板周边的框架柱变形能力需要提高，箍筋全高范围加密；其他柱箍筋加密情况均按规范要求进行。

4结语

建筑结构理论博大精深，概念设计作为结构设计的先导将成为今后设计界的主流思想。本文结合工程实例对概念设计的基本原则及设计中应注意的问题进行了阐述，有些问题还需进一步的探讨。

[1]郁彦.高层建筑结构概念设计[M].北京：中国铁道出版社，1999.58-129