采用少量剪力墙解决框架结构扭转周期比超限问题
【摘要】 通过工程实例，对项目扭转周期比超限的多层框架结构建筑进行具体分析，找出结构抗震的薄弱部位，采用局部增加少量剪力墙、加强抗震措施且符合抗震概念设计要求的方法提高整体结构的抗扭转效应能力。探讨相对简单、合理、可靠的方法解决目前日益增多的扭转周期比超限或结构刚度偏低的问题，并提出相关建议。
【关键词】 建筑抗震概念设计；扭转刚度；少量剪力墙；扭转周期比；抗震措施
1、 引言
上世纪九十年代起，我国的建筑行业迅速发展，建筑形式多种多样，百花齐放。钢筋混凝土框架结构体系积累了相当丰富的工程经验，抗震构造措施日益完善，抗震研究日趋成熟。随着对建筑功能的要求越来越高，对结构设计也提出了很高的要求。单纯的现浇钢筋混凝土框架结构体系在很大程度上很难满足结构整体刚度的要求或抗扭转效应的要求。在框架结构中，采用较少数量的剪力墙，有利于提高框架结构的整体刚度和抗扭转效应的能力。且采用的框架部分由利于维持大开间增加房屋的有效使用面积，有利于建筑布置的灵活性、多样性，从而很大程度上保持了建筑的原有的适用性。从实际项目的工程实际中看，如果竖向抗侧力构件布置合理，在框架结构体系中适当增加部分剪力墙，可以满足我国工程建设标准中有关抗震设计方面的各项要求，因此，此结构体系也具有很强的实际意义。本文做一些简单的探讨。
2、 对扭转周期比超限的分类
在抗震设防专项审查中，扭转刚度弱不规则的量化指标是“扭转周期比大于0.90”。扭转周期比超限的建筑大致可以分为三类：
第一类：结构整体抗扭刚度明显不够且建筑专业不允许对竖向抗侧力构件的布置做较大调整，局部结构的调整不能有效地改善结构的扭转性能，此类型应采取高于国家现行工程建设标准的抗震加强措施；
第二类：建筑专业允许对竖向抗侧力构件进行较大调整，可以采取明显提高结构整体抗扭刚度的调整，调整后的结构扭转周期比符合规范要求；
第三类：在不影响建筑布置的条件下，仅对结构做出局部调整或设计修改，调整后的结构扭转周期比符合规范要求；
对于第二、三类，应考虑调整后是否会出现新的薄弱环节，是否计算结果的各项指标均满足规范要求。
3 、工程实例的分析
易程（苏州）新技术股份有限公司建设的易程（苏州）产业园（一期）研发楼，为轴线 75.6mx75.6m的多层办公建筑。地上四层，由于二层平面中轴线 A~C交5~6处楼板不连续（如图示意），导致整体抗扭转刚度极低。
未设置剪力墙时的结构整体周期计算结果 表1
从以上的计算结果来看，整体结构的扭转效应的能力非常差，扭转周期比达到了1.125，远不满足现行建筑结构抗震设计规范的要求。
对该研发楼的结构布置的规则性和抗震性能做一个简单的评价：结构抗侧力构件的平面布置基本为单轴对称，基本均匀；竖向规则、抗侧力刚度足够；结构平面凹凸不规则，扭转周期比超限，结构抗扭有问题。结构布置有缺陷，但基本抗震性能尚可。
对扭转周期比超限的原因进行分析：由于建筑的布置的客观因素，导致整体结构四周不能兜通，减低了结构的抗扭转性能；由于结构质量分布于四周，容易产生较大的扭转效应。
经过细致的考虑和分析，在本工程建筑墙体的位置增加少量剪力墙，提高整体抗扭转效应的能力，剪力墙的布置如图所示意。
将少量剪力墙输入计算程序中进行总体计算，计算结果如下表所示：
设置剪力墙时的结构整体周期计算结果 表2
从表2中可以看出，虽然我们仅仅做了很小的改动，计算结果竟然发生了如此大的变化：扭转周期比不再超限；纵向扭转位移比降至 1.20（符合扭转规则的要求），另外，层间位移角也降低了30%。这个结果说明了一个问题，在框架结构中采用少量剪力墙大大有利于结构整体抗震性能的改善。
4 、设计注意事项
在此项目设计时，为确保安全，采取了以下方法：
A）结构计算
（1）按框架-剪力墙结构计算；
（2）按纯框架结构（取消剪力墙）计算；
（3）按纯框架结构（取消剪力墙）验算框架结构在罕遇地震下的弹塑性位移并满足规范的要求；
B）结构的位移及结构的规则性判断按上述计算（1）确定；
C）框架设计
（1）框架的抗震等级按纯框架结构确定；
（2）按上述（1）、（2）进行框架的包络设计；
D）剪力墙设计
（1）剪力墙的抗震等级可取四级；
（2）剪力墙可构造配筋；
（3）对剪力墙基础应按上述计算（1）、（2）进行包络设计。
5 、结论及建议
对扭转周期比超限的建筑应认真分析、判断其超限的原因。有的扭转周期比超限是由于结构的扭转性能不佳引起的，可以通过加强局部抗扭刚度的方法来提高整体结构的抗扭能力，但应注意必须符合抗震概念设计的要求。
通过分析和判断结构的薄弱部位，采取切实有效的措施，提高结构的整体抗震性能。在结构设计中，应力求以较小的代价来改善结构的整体性能，在合理的范围内为业主争取利益的最大化。
转载自微信公众号：建筑结构设计交流
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全部回复（6 ）
只看楼主 我来说两句-
blessing
沙发
在结构设计中，应力求以较小的代价来改善结构的整体性能，在合理的范围内为业主争取利益的最大化。
2016-12-26 13:26:26
赞同0
-
奥术
板凳
感谢楼主分享
2016-12-24 08:47:24
赞同0
加载更多这话可作为结构专业无法突破的法门了。。。。
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