框架-剪力墻結構第二道防線的調整可以有效提高建築工程的抗震性能，確保結構安全。框剪結構中，剪力墻是第壹道防線，框架是第二道防線。設計時，應按規範原則設置第二道防線，保證第二道防線有壹定的抵抗水平荷載的能力，防止第壹道防線的剪力墻進入塑性，造成結構的整體破壞。本文以作者設計的某高層框架-剪力墻結構為例，闡述了第二道防線的調整理論和方法。
關鍵詞:框剪結構；抗震設計；第二道防線調整
簡介:
框架剪力墻結構中剪力墻的布置比剪力墻結構更加靈活，在具有壹定剛度和抗震性能的同時，可以滿足不同功能的要求，已廣泛應用於寫字樓、公寓、商業、酒店等高層建築中。在框剪結構設計中，需要設置兩道防線，防止在設防地震或大地震發生時，壹道防線進入塑性而失去承載能力時，整個結構被破壞。第二道防線的設置應符合《建築抗震設計規範》(GB 50011-2010(2016版)和《高層建築混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)的有關規定。
1.框剪結構第二道防線調整的作用
框架-剪力墻結構是由兩種力學性能不同的抗側力構件即框架和剪力墻組成，共同抵抗水平和豎向荷載。其力學特性不同於剪力墻結構中的框架和剪力墻。由於框剪結構底層剪力墻位移較小，剪力墻主要承擔水平作用，而上層剪力墻位移較大，有外傾傾向，框架有內收作用，阻止剪力墻按剪切曲線變形。剪力墻不僅要承擔上層樓板的水平作用，還需要為框架提供額外的水平剪力[1]。框架部分的抗剪能力遠小於剪力墻部分，所以在地震發生時，剪力墻承擔主要的地震作用，框架的輔助力很小，所以剪力墻是承受水平作用的第壹道防線。在小震作用下，剪力墻基本不開裂或輕微開裂，剛度損失較小。當受到中、大地震作用時，剪力墻剛度退化嚴重，出現塑性，殘余地震作用會轉移到框架上，成為第二道防線。根據規範抗力和高規範的要求，在設計第二道防線時，要考慮框架結構塑性變形時內力的重分布特性，結構要有壹定的延性和彈性，能滿足結構變形的要求，因此在設計時要對框剪結構的第二道防線進行調整。
2.國內外第二道防線調整的分歧
2.1國內規範第二道防線調整要求
反規範和高規範要求對地震作用特征值每層對應的框剪結構總剪力進行調整。具體計算公式如下:VF = min (0.2v0，1.5VF)。Max)，其中V0為地震作用特征值對應的結構底部總剪力，Vf為地震作用特征值對應的各層框架承受的總地震剪力(未調整)。
2.2國外規範對第二道防線的調整要求
UBC對高層建築框架-剪力墻結構體系提出如下要求:1。高層建築要有完整的結構體系來支撐豎向荷載。2.地震作用時，剪力墻和框架共同承擔水平地震作用，框架應具有至少承受地下室25%水平剪力的能力。3.設計中應充分考慮框架與剪力墻的相互作用，以提高框架剪力墻的整體剛度。據相關研究，框架能承受25%的基底剪力，能保證結構在強震下仍能承受建築重力荷載，建築結構抗倒塌性能良好[2]。
3.調整框剪結構第二道防線的案例
3.1項目概述
筆者以銀川市為例，在五裏設計了壹套宜居、友好、經濟適用房的2#廉租房。本案地上23層，地下1層，平面尺寸47*18.8m，建築高度90m。結構形式為框架剪力墻結構，抗震設防烈度為8度0.20g設計地震分為二組，場地類別為二類，設計使用年限。經計算，底層帶CQC的框架柱和短肢墻的傾覆力矩百分比計算結果如下:X方向框架承受的傾覆力矩為21.35%，Y方向框架承受的傾覆力矩為13.74%，均大於10%，小於50%，屬於標準框架-剪力墻結構。下圖為彈性CQC-0.2v0-UBC中X方向框架剪力按樓層分布情況。
3.2第二道防線的調整方法
規範要求框架部分至少有承受地下室20%地震剪力的能力。結構設計時，基底剪力的20%應以倒三角形荷載分布方式施加於剪力墻表面，圍護結構設計應根據剪力墻相對面內剛度得到的框架層剪力進行。但從上圖可以看出，這種調整方式忽略了樓板剪力的分布規律，得到的結果並不完全符合結構的實際受力特點。因此，有必要對框架剪力墻的框架剪力進行調整。下圖為0.2v0—UBC—中X方向框架剪力調整系數按樓層的彈塑性分布。
從上圖可以看出，0.2V0的調節系數根據樓層高度呈現“中間小兩邊大”的啞鈴形分布特征。這是因為框剪結構的中間層框架增加了承受水平荷載的作用，所以要調整的系數比較小。代表性樓層的X和Y方向上的調整系數0.2V0選擇如下:
從表中可以得出上述結論。
3.3框架柱剪力調整方法
從層間位移角、框剪結構最大剪力、剪力墻彎矩和變形曲線拐點可以得出，變形曲線拐點以上的剪切變形是框剪結構剪切變形最大的地方，上層的剪切值大於下層。由於上部樓層剪力墻的彎曲變形，框架成為抵抗水平剪力的主要構件，因此需要對框架剪力進行調整，形成兩道防線，以保證框架具有壹定的承受地震水平剪力的能力。根據對框架-剪力墻結構地震彈性模量的分析，發現頂層承受的水平剪力沿框架傳遞到剪力墻上，水平剪力的傳遞方向與底部完全不同，因此上層剪力墻的實際破壞程度不如底部結構嚴重，可以滿足規範要求。按照“強剪弱彎”的原則，在設計中可以提高上層框架剪力墻的延性，從而保證上層框架的變形承載力。
剪切變形曲線的拐點是框剪結構變形的關鍵節點。拐點以下主要發生彎曲變形，中強地震時發生塑性變形。調整時可以拐點為界，將框架剪力墻分成兩段分別進行調整。在多遇地震作用下，求得結構受剪力最大的樓層，作為變形曲線的拐點，其下樓層按規範要求進行調整，其上樓層考慮樓層剪力調整系數[3]。第二道防線調整後，X方向地震作用下樓板最大位移為1/1017，Y方向地震作用下樓板最大位移為1/969，滿足規範1/800的要求。
結論:
綜上所述，在該案的結構設計中，調整了第二道防線，保證了第二道防線框架的抗震性能、高層建築結構的延性，實現了小震不壞、中震可修、大震不倒的三階段抗震設防目標。
參考資料:
[1]畢傑剛。框架-核心筒結構樓板地震剪力調整方法的對比分析[D].重慶大學，2014。
[2]田淑明。框架-核心筒結構內力調整方法的比較研究[J].建築結構學報，2017，(5): 100-108。
[3]趙剛。盛京金融廣場T3塔樓-裙樓結構第二道防線的設計特點[J].建築工程技術與設計，2017，(12):1575-1575。
作者簡介:姓名:景宜(1974.12.23-)，性別:男；籍貫:山西；民族:漢族；學歷:本科學歷；職稱:高級工程師；職稱:副總工程師；研究方向:建築結構設計；單位:銀川城市規劃設計院有限公司