高层建筑混凝土结构技术规程学习心得

一、对规范规定的理解

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002（以下简称“高规”）第6.1.7条指出：“抗震设计的框架结构中，当仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作”。对“高规”的上述规定可以从以下几方面理解：

1．设置剪力墙并没有改变结构体系，是带有少量剪力墙的框架结构，属于一种特殊的结构形式，但仍是框架结构；

注意：明确结构体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中的地位后，其中框架是主体，是承受竖向荷载的主体，也是主要的抗侧力结构。

2．钢筋混凝土框架结构中，只是在框架结构的位移无法满足规范要求时，才设置少量剪力墙，设置少量剪力墙的目的在于满足规范对框架结构的位移限值要求；

注意：不是满足框架-剪力墙结构的位移要求，如果要满足框架-剪力墙结构的位移标准，则结构体系变为框架-剪力墙结构。

3．结构分析计算中除应按纯框架结构计算外还应考虑剪力墙与框架的协同工作。

注意：规范虽未明确要按纯框架结构计算，但对这一特殊的框架结构，现行规范和规程对钢筋混凝土框架结构的所有要求（承载力要求、弹性变形限值要求、弹塑性变形限值要求等）均应满足，因此，按纯框架结构的要求进行设计计算是必须的，同时还明确对这类框架结构应按纯框架结构和按框架与剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）分别计算，包络设计的必要性。

二、结构设计的相关问题

规范的本条规定尚未明确的问题有：

1．对布置少量剪力墙的框架结构的定量把握

布置少量剪力墙的框架结构与剪力墙较少的框架-剪力墙结构在定量上无明确的界限，如在结构位移仅能满足框架结构限值要求的前提下，可将框架和剪力墙协同工作的结构描述为“配置少量剪力墙的框架结构”，而当结构位移满足框架-剪力墙结构限值要求的前提下，又可将框架和剪力墙协同工作的结构描述为“框架-剪力墙结构”。对结构体系的定性把握的摇摆性加大了结构设计中对结构体系描述的随意性。

2．布置少量剪力墙的框架结构其适用高度规范未予以明确，加大了结构设计中的把握难度。

3．规范规定了考虑剪力墙与框架的协同工作原则，但未明确对剪力墙和框架的具体设计方法。

三、设计建议

为在结构设计中更好地把握规范，笔者提出以下设计建议供参考。

1．对少量剪力墙的定量把握原则

建议当框架的倾覆力矩不小于结构底部倾覆力矩的75%时，可将其确定为配置少量剪力墙的框架结构，相关结构的倾覆力矩比要求见表1。

2．布置少量剪力墙的框架结构的最大适用高度

建议对布置少量剪力墙的框架结构的最大适用高度可比框架结构的最大适用高度适当提高，提高幅度不超过20%（注意：是在框架结构最大适用高度的基础上，增加框架-剪力墙结构最大适用高度与框架结构最大适用高度差值的20%，而不能将框架结构的最大适用高度直接放大20%）。

3．框架的设计原则

1）框架结构按纯框架结构（不计入剪力墙）和框架-剪力墙结构分别计算，包络设计。

2）框架的抗震等级按纯框架结构确定，对房屋的适用高度超出框架结构的最大适用高度（在上述2的范围内）时，可比最大适用高度的框架结构的抗震等级提高一级，已为一级的则采

取比一级更更强的抗震措施（采取比一级强，比特一级低的抗震措施，如采取比一级提高20%（参考上述2的原则确定）的加强措施）。

4．剪力墙的设计原则

由于规范未明确布置少量剪力墙的框架结构的计算原则，此处列出三种对此类结构的设计方法供结构设计者选择：

1）全包络设计原则

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）计算，取相应计算结果配筋设计；剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙确定。

上述方法是施工图审查单位常提出的设计要求，其理由是：规范要求考虑剪力墙与框架的协同工作（但未明确要求对框架和剪力墙均进行包络设计）。

2）剪力墙构造

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）计算，剪力墙的抗震等级取四级，剪力墙则按构造配筋设计。

设计理由：设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值，并使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求，不考虑剪力墙的承载能力要求，因此剪力墙在满足竖向承载力要求的前提下可构造设置。

3）剪力墙按现有截面的最大设计

对剪力墙按框架-剪力墙协同工作（即按框架-剪力墙结构）计算，剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构确定，剪力墙配筋按计算要求，当剪力墙计算超筋时，在满足强剪弱弯的前提下按截面的最大配筋率配筋设计。

设计理由：设置剪力墙的根本目的是控制框架结构的弹性位移值，使其满足规范对框架结构弹性位移限值的要求，可有条件（在剪力墙能承担的范围内）考虑剪力墙的承载能力要求，因此剪力墙的可按其最大承载力要求配筋。

4．特别建议

由于布置少量剪力墙的框架结构在设计原则及具体设计中存在诸多不确定因素，给结构设计和施工图审查带来相当的困难，笔者建议，结构设计中应尽量避免采用，尽可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能较好的框架-剪力墙结构。当必须采用时，应提前与施工图审查单位沟通，以利于设计顺利进行，避免返工。

关于少量剪力墙的框架结构的设计原则问题，最近有网友提起，HiStruct在设计中也遇到过，结合网络上比较流行的一篇文章，来做一些概念分析，以下这篇文章见朱炳寅老师的BLOG：关于少量剪力墙的框架结构。

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1、设计计算原则

1）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；

2）结构的位移及结构的规则性判断按上述计算（1）确定；

3）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；

4）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。

2、原因分析

1、少量剪力墙的框架结构属于框架结构，设置少量剪力墙的根本目的在于满足规范对框架结构的位移限值（1/550）要求；

2、只有在框架结构承载能力满足规范要求，而在多遇地震作用下结构的弹性层间位移角不满足规范的要求（≤1/550）时，才需要设置少量剪力墙；

3、少量剪力墙的框架结构中，剪力墙只用来辅助框架结构，满足规范对框架结构在多遇地震下结构的弹性层间位移角限值要求，换句话说，用的只是剪力墙的弹性刚度（即只与EI有关，而与结构开裂以后的弹塑性刚度没有关系，所以，可不关注剪力墙及连梁的超筋问题），少量的剪力墙（由于墙的数量太少）并没有象框架-剪力墙结构中的剪力墙那样，起到一道防线的作用，所以对少量剪力墙中的剪力墙设计应有别于框架-剪力墙结构中的剪力墙；

4、考虑框架和剪力墙协同工作，使少量剪力墙的框架结构在多遇地震下结构的弹性层间位移角满足规范的要求（≤1/550）。

3、其他问题

1）需要说明的是：对剪力墙的设计，只要不低于上述设计原则都是可行的。

2）对少量剪力墙的框架的设计时，应与施工图审查单位多沟通，以利于施工图的审查和通过。

3）广东规范（DBJ/T 15-46-2005)中要求，在少量剪力墙的框架结构中，剪力墙按框架-剪力墙结构中的剪力墙确定抗震等级，只能从其作为地方标准就是要提高此类结构中剪力墙的抗震等级这方面去理解。

4、我的相关文章

就对少量剪力墙的框架结构的认识和理解，欢迎大家阅读我的相关文章。

1）建筑结构设计规范应用图解手册》第337-338页；

2）建筑结构.术通讯2007.5，“配置少量剪力墙的框架结构”；

3）建筑结构.术通讯2007.9，“对剪力墙及相关结构体系的认识与把握”。

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HiStruct分析：

根据HiStruct的设计案例，为了满足结构设计的需要，需要在部分电梯和楼梯部位加少量的剪力墙，主要是满足结构的动力特性，扭转和位移限值等要求。事实上由于新抗震规范对于楼梯抗震设计的要求，HiStruct倾向于将梯井做成筒以提高其安全性。不管是加墙满足结构设计的指标要求，还是出于其他因素的考虑，这样处理必然产生“少量剪力墙的框架结构的设计原则”问题。

1）首先，“少量剪力墙的框架结构”应该如何定义？一般是可以从层剪力分担百分比，倾覆弯矩分担百分比等指标出发，而HiStruct认为理论上从框架-剪力墙结构的刚度特征值系数上定义较合适，若特征值大于6则整体结构的变形呈剪切形状，自然应以框架结构的抗震指标来限制结构的布置和设计较合理。

2）其次，少量剪力墙应该如何设计？朱老师的文章采用放剪力墙的设计方法类似“放”剪力墙的方法,这是因为剪力墙通常承担较大的内力容易导致超筋等情况的出现（这也是主流的观点），HiStruct认为实际设计中不妥（见后面分析），而应该采用加强的措施，与广东规范的原则类似，因为对于钢筋混凝土或者型钢混凝土等墙而言，一般刚度变化幅度不大则分担的内力也就变化不大，而强度变化幅度却较大，因此可以根据需要做强或减弱！

3）那么，应该如何认识“少量剪力墙的框架结构”的设计原则？HiStruct建议应该从结构的内力分析和破坏过程来分析此结构体系，从而在结构概念上把握设计措施，少量剪力墙一般是需要分担较大的内力，采用放的方式意味着在破坏是

由墙开始的；而采用加强的方式，则意味着设计意图是让框架先于剪力墙而破坏。若墙先坏，则实际上整体结构的破坏过程类似普通的框架剪力墙结构，即框架将需要承担剪力墙破坏之后所转移的内力（见朱老师建议的设计原则），从而提高框架的设计要求，而墙的破坏不但给维修带来困难，且局部倒塌破坏的可能性大大增加；相反的若框架先破坏，则结构的破坏符合框架结构的特征，一般只要设计中保证墙及周边框架不破坏（或可适当提高墙的抗震性能要求），倒塌问题、楼梯等生命通道就有保障。

4）建议，“少量剪力墙的框架结构”（非框架-剪力墙结构）设计中需要根据结构体系概念和抗震设计的要求适当调整剪力墙的数量和布置（可参考高规6.1.7的原则），整体结构指标可依据框架结构设计的要求采用，框架部分应按照框架结构设计，少量剪力墙在设计中强度即承载力应予以加强而不是弱化，刚度满足要求即可。