[作者] 劉孝國

中國建筑科學研究院有限公司 北京構力科技有限公司 北京

[摘要] 設計師在某框架結構設計時,，誤將結構體系選擇為剪力墻，是否會對指標,、內(nèi)力及調(diào)整,、配筋結果有較大影響。結合抗規(guī)及高規(guī)對框架結構設計的要求,，從結構整體指標,、內(nèi)力計算、內(nèi)力調(diào)整,、構造及其他方面的影響出發(fā),，分析了設計中如果選擇結構體系為框架結構與剪力墻結構,，引起的剛重比,、位移角限值的差異；內(nèi)力調(diào)整的差異,；軸壓比及最小配筋率方面的構造差異等,。結合工程案例及PKPM軟件，闡釋程序對不同結構體系執(zhí)行的相關規(guī)范細節(jié)要求不同,，框架結構中的框架與其他結構中的框架有很大區(qū)別,，設計中需要正確定義結構體系。

[關鍵詞] 框架結構,；剪力墻結構,；剛重比；層間位移角,；內(nèi)力調(diào)整,；最小配筋率；軸壓比

（本文共4237個字,，閱讀時間約15分鐘）

01 引言

上周遇到某地區(qū)的審圖人員提到這樣一個問題：某設計院做了一個7度區(qū)的框架結構,，但是設計師提交的施工圖審查文件計算書中顯示結構體系為剪力墻結構，這樣選擇對計算結果是否有影響,？對哪些結果產(chǎn)生影響,？軟件能否正確執(zhí)行規(guī)范相關要求？是否有安全隱患,？是否有違反強條等,，產(chǎn)生了一系列的疑問。

直觀看將結構體系選擇錯誤,，這肯定是不對的,，但要談到是否存在安全問題，是否違反規(guī)范強條,，從規(guī)范來看的確找不到明確對應的相關條文,。作為審圖人員,，如何提出審圖意見呢？如果要提出所謂的明確要求,，仔細查看還是可以從規(guī)范中硬找出幾條來,。

第一條對應抗震規(guī)范6.1.2條，對于7度區(qū)小于24m框架結構與剪力墻結構的抗震等級不同,，如果是框架結構抗震等級三級,，如果是剪力墻結構抗震等級四級，而該結構設計師的抗震等級選擇的是三級,。從這個角度看也不應該提出違反強條,。

第二條對應抗規(guī)6.3.7及高規(guī)6.4.3條，三級抗震等級的框架結構中的框架柱和其他結構中的框架柱的最小配筋率不同,，三級純框架結構的框架中柱及邊柱的最小配筋率為0.7%,，其他結構中的框架中柱及邊柱的最小配筋率為0.6%。從這條看,，如果框架結構選擇剪力墻結構體系應該屬于違反強條,，可以作為強條依據(jù)。

總之,，把一個框架結構的結構體系選擇為剪力墻結構,，這是肯定不行的，當然一般設計師也不會這么做,。下面我們仔細分析一下如果這樣做會對設計結果的哪些方面產(chǎn)生影響,。

02 對結構整體指標的影響

如果將框架結構的結構體系定義為剪力墻結構，將會引起結構多項整體指標產(chǎn)生較大影響,，包括結構剛重比的計算結果及控制限值,、結構樓層位移角控制限值及高層結構剛度比計算結果及控制限值。

2.1 剛重比計算結果及限值的差異

按高規(guī)5.4.4條要求,，框架結構與剪力墻的剛重比計算公式不同,，剛重比的控制限值也有區(qū)別。

2.2 結構彈性層間位移角控制限值不同

按高規(guī)3.7.3條或抗規(guī)5.5.1條要求,，框架結構與剪力墻的樓層彈性層間位移角控制限值是不同的,，剪力墻的限值更加嚴格。

2.3 其他整體指標一致的結果

按框架結構與剪力墻結構計算,，結構的總質(zhì)量,、周期、有效質(zhì)量系數(shù),、位移角結果,、剪重比、位移比,、剛度比等結果均一致,。需要注意的是,，如果是高層結構，按高規(guī)3.5.2條要求,，框架結構與剪力墻結構的樓層剛度比計算結果及剛度比控制限值是不同的,。

03 對結構內(nèi)力的影響

無論結構體系選擇框架結構還是剪力墻結構，由于實際結構中的構件是框架梁和框架柱,，因此,，無論按框架結構還是剪力墻結構計算，內(nèi)力計算結果完全一致,。

04 對內(nèi)力調(diào)整的影響

如果將框架結構的結構體系定義為剪力墻結構,，將會引起結構內(nèi)力調(diào)整產(chǎn)生較大影響，包括框架柱的底層柱彎矩放大系數(shù)調(diào)整,、強柱弱梁調(diào)整,、強剪弱彎調(diào)整等。如果選擇剪力墻結構,，該類結構體系中的框架柱內(nèi)力調(diào)整執(zhí)行非框架結構中框架柱要求,。對于角柱的內(nèi)力調(diào)整，不論選擇什么結構體系,，只要定義了角柱，都執(zhí)行同樣的調(diào)整,。

4.1 底層柱彎矩放大系數(shù)的調(diào)整不同

按抗規(guī)6.2.3條要求,，框架結構中的框架柱要執(zhí)行底層柱彎矩放大系數(shù)，如果框架結構,，選擇結構體系為剪力墻結構,，PKPM程序就對其中的框架柱不會執(zhí)行底層柱彎矩放大系數(shù)調(diào)整。這就導致框架結構中的底層框架柱無法進行正確的內(nèi)力調(diào)整,。

4.2 柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)不同

按抗規(guī)6.2.2條要求,，框架結構中的框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)與其他結構中的框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)不同。如果框架結構,，選擇結構體系為剪力墻,，程序對其中的框架柱執(zhí)行的調(diào)整系數(shù)比框架結構中框架柱的調(diào)整系數(shù)小。譬如,，對一級抗震等級,，框架結構中的框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)1.7，非框架結構中的框架柱調(diào)整系數(shù)1.4,，差異接近20%,。要對框架結構正確執(zhí)行強柱弱梁調(diào)整，就需要正確的選擇結構體系為框架結構,。

4.3 柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)不同

按抗規(guī)6.2.5條要求,，框架結構中的框架柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)與其他結構中的框架柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)不同,。如果對框架結構，選擇結構體系為剪力墻,，程序對其中的框架柱執(zhí)行的調(diào)整系數(shù)比框架結構中框架柱的調(diào)整系數(shù)小,，就會導致調(diào)整內(nèi)力偏小，可能造成配筋偏小,，偏于不安全,。

4.4 框架梁強剪弱彎調(diào)整系數(shù)相同

無論按框架結構還是按剪力墻結構計算，對其中框架梁的強剪弱彎調(diào)整系數(shù)是一致的,，均按抗規(guī)6.2.4條進行調(diào)整,。

4.5 框架角柱彎矩、剪力調(diào)整系數(shù)相同

按抗規(guī)6.2.6條,，對于框架角柱的彎矩及剪力調(diào)整是不區(qū)分結構類型的,，無論按框架結構還是按剪力墻結構計算，框架角柱的剪力及彎矩調(diào)整系數(shù)都是一樣的,，只要在分析設計中,，定義角柱，就會自動執(zhí)行該條的調(diào)整,，與定義的結構體系本身無關,。

05 對構造的影響

5.1 軸壓比限值不同

按抗規(guī)6.3.6條要求，框架結構中的框架柱和其他結構中的框架柱的軸壓比限值要求不同,，但是由于規(guī)范中沒有剪力墻結構中框架柱的要求,，因此，如果把框架結構的體系選擇為剪力墻,，PKPM程序對其中的框架柱還是會按照純框架結構中的框架柱要求執(zhí)行軸壓比限值的判斷,。但如果將框架結構的體系選擇為框剪、框筒結構等,，其框架柱的軸壓比限值與結構體系選則為框架結構的限值是不同的,。

5.2 框架柱最小配筋率不同

按抗規(guī)6.3.7條要求,，框架結構中的框架柱和其他結構中框架中柱和邊柱的最小配筋率要求不同,。如果把框架結構的體系選擇為剪力墻,，PKPM程序對其中的框架中柱和角柱會按抗規(guī)6.3.7括號內(nèi)的最小配筋率執(zhí)行,，柱配筋結果變小,，這就導致框架結構的設計沒有執(zhí)行規(guī)范的最小配筋率要求,，違反強條 ,。

06 其他影響

框架結構與剪力墻還在抗震等級,、最大適用高度,、防震縫的設置,、彈塑性層間位移角的限值等方面也不完全相同。如按抗規(guī)5.5.5條要求,，框架結構與剪力墻結構的彈塑性層間位移角的限值是不同的,，且兩者限值差異很大,。

07 案例對比

對審圖人員提到的某7度區(qū)的框架結構，7度區(qū)小于24m,，三級抗震等級,，按照框架結構體系與按照剪力墻結構體系計算完畢，對比計算結果,，差異如下,。

7.1 不同結構體系整體指標對比

按照框架結構體系計算，PKPM程序輸出的整體指標結果如下,。

按照剪力墻結構體系計算,，PKPM程序輸出的整體指標結果如下。

從上面的整體指標的對比可以發(fā)現(xiàn),，結構的總質(zhì)量,、質(zhì)量比、周期,、有效質(zhì)量系數(shù),、最小剪重比、最大位移比,、最大層間位移比及最大層間位移角等結果均一致,。但是不同的結構體系計算的剛重比結果及限值不同；不同的結構體系對于層間位移角限值的控制也不同,。

7.2 不同結構體系內(nèi)力調(diào)整對比

按照框架結構體系計算,，PKPM程序輸出的底層某框架柱的結果如下。

按照剪力墻結構體系計算,，PKPM程序輸出的對應底層框架柱的結果如下。

通過對比可知,，抗震等級為三級的框架結構中,，框架柱底層柱彎矩放大系數(shù)為1.3，框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)1.3,，框架柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)1.3*1.2=1.56,，軟件輸出結果與規(guī)范框架結構調(diào)整系數(shù)一致。

選擇結構體系為剪力墻結構,，其中的框架柱抗震等級為三,，剪力墻結構中的框架柱底層柱彎矩系數(shù)不放大，框架柱強柱弱梁調(diào)整系數(shù)1.1,，強剪弱彎調(diào)整系數(shù)為1.1*1.1=1.21,，軟件輸出的調(diào)整系數(shù)結果與規(guī)范對非框架結構中框架柱的調(diào)整系數(shù)一致。

7.3 不同結構體系配筋及構造對比

按照框架結構體系計算,，PKPM程序輸出的某框架柱的配筋結果如下,。

按照剪力墻結構體系計算,，PKPM程序輸出的對應該框架柱的配筋結果如下。

通過對比可知,，抗震等級為三級的框架結構與剪力墻結構,，其中框架柱軸壓比限值均按照框架結構中框架柱要求執(zhí)行，限值為0.85,。

框架結構與剪力墻結構中框架柱的最小配筋率不同,。三級框架結構中框架柱的最小配筋率0.7%，由于采用的縱向受力鋼筋為400MPa,，最小配筋率要增加0.05%,，因此，限值為0.75%,，與軟件輸出的結果一致,。非框架結構中抗震等級三級的框架柱最小配筋率0.6%，采用的縱向受力鋼筋為400MPa,，最小配筋率要增加0.05%,，因此，限值為0.65%,，與軟件輸出的結果一致,。顯然，不同的結構體系,，其中的框架柱最小配筋率有別,，設計中若結構體系選擇不正確，就會導致違反規(guī)范強條,。

7.4 不同結構體系剛度比計算及判斷不同,，引起薄弱層放大系數(shù)

按照框架結構體系計算，PKPM程序輸出的結構首層剛度比結果及判斷是否是薄弱層,。

按照剪力墻結構體系計算,，PKPM程序輸出的結構首層剛度比結果及判斷是否是薄弱層。

通過對比可知,，由于首層與二層的層高一致,，按照框架結構與剪力墻結構計算的樓層剛度比是一樣的，但對于薄弱層的判斷,，框架結構執(zhí)行的是高規(guī)3.5.2.1條,，非框架結構執(zhí)行的是高規(guī)3.5.2條，這就導致不同的結構體系選擇,，引起對首層是否是薄弱層的判斷不同,。按剪力墻結構體系計算，首層剛度比限值為1.5，該結構的首層被判斷為薄弱層,，需要考慮薄弱層放大系數(shù),。前述調(diào)整系數(shù)對比時的框架柱輸出了薄弱層放大系數(shù)1.25，如下所示,。

08 結論

本文從一框架結構在設計時誤選擇了剪力墻結構體系出發(fā),，梳理對比了規(guī)范對框架結構與剪力墻結構在剛重比計算及限值、位移角限值等相關指標的不同,；梳理了框架結構與剪力墻結構中框架梁柱的內(nèi)力調(diào)整的不同,、柱軸壓比及最小配筋率等構造要求的不同。結合工程案例,，對某框架結構,，按框架結構體系與剪力墻結構體系分別計算，對比了質(zhì)量,、周期,、剛重比、剛度比,、等整體指標,；對比了強柱弱梁調(diào)整系數(shù)、底層柱彎矩放大系數(shù),、柱強剪弱彎調(diào)整系數(shù)等,；對比了框架柱軸壓比限值、最小配筋率等,；對比了首層剛度比判斷是否是薄弱層等,；得出結論如下：

1.框架結構若結構體系誤選為剪力墻結構，雖然不影響結構的單工況內(nèi)力,，但影響結構的內(nèi)力調(diào)整及相關的軸壓比限值,、最小配筋率等構造要求。

2. 框架結構與剪力墻結構剛重比計算公式不同,，層間位移角限值及剛重比限值控制也不同,。

3.對于底層是否是薄弱層的判斷，框架結構與剪力墻結構剛度比的計算公式及限值要求不同,。

4.框架結構底層框架柱要執(zhí)行底層柱彎矩放大系數(shù)調(diào)整，非框架結構及剪力墻結構中的框架柱不執(zhí)行該調(diào)整,。

5. 結構設計中需要正確選擇結構體系,，使用軟件設計時，要清楚軟件不同的結構體系選擇執(zhí)行的相關規(guī)范細節(jié)要求,。

參考文獻

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