第二道防线是强剪弱弯调整吗
框架-剪力墙结构第二道防线的调整可以有效提高建筑工程的抗震性能，确保结构安全。框剪结构中，剪力墙是第一道防线，框架是第二道防线。设计时，应按规范原则设置第二道防线，保证第二道防线有一定的抵抗水平荷载的能力，防止第一道防线的剪力墙进入塑性，造成结构的整体破坏。本文以作者设计的某高层框架-剪力墙结构为例，阐述了第二道防线的调整理论和方法。
关键词:框剪结构；抗震设计；第二道防线调整
简介:
框架剪力墙结构中剪力墙的布置比剪力墙结构更加灵活，在具有一定刚度和抗震性能的同时，可以满足不同功能的要求，已广泛应用于写字楼、公寓、商业、酒店等高层建筑中。在框剪结构设计中，需要设置两道防线，防止在设防地震或大地震发生时，一道防线进入塑性而失去承载能力时，整个结构被破坏。第二道防线的设置应符合《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010(2016版)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)的有关规定。
1.框剪结构第二道防线调整的作用
框架-剪力墙结构是由两种力学性能不同的抗侧力构件即框架和剪力墙组成，共同抵抗水平和竖向荷载。其力学特性不同于剪力墙结构中的框架和剪力墙。由于框剪结构底层剪力墙位移较小，剪力墙主要承担水平作用，而上层剪力墙位移较大，有外倾倾向，框架有内收作用，阻止剪力墙按剪切曲线变形。剪力墙不仅要承担上层楼板的水平作用，还需要为框架提供额外的水平剪力[1]。框架部分的抗剪能力远小于剪力墙部分，所以在地震发生时，剪力墙承担主要的地震作用，框架的辅助力很小，所以剪力墙是承受水平作用的第一道防线。在小震作用下，剪力墙基本不开裂或轻微开裂，刚度损失较小。当受到中、大地震作用时，剪力墙刚度退化严重，出现塑性，残余地震作用会转移到框架上，成为第二道防线。根据规范抗力和高规范的要求，在设计第二道防线时，要考虑框架结构塑性变形时内力的重分布特性，结构要有一定的延性和弹性，能满足结构变形的要求，因此在设计时要对框剪结构的第二道防线进行调整。
2.国内外第二道防线调整的分歧
2.1国内规范第二道防线调整要求
反规范和高规范要求对地震作用特征值每层对应的框剪结构总剪力进行调整。具体计算公式如下:VF = min (0.2v0，1.5VF)。Max)，其中V0为地震作用特征值对应的结构底部总剪力，Vf为地震作用特征值对应的各层框架承受的总地震剪力(未调整)。
2.2国外规范对第二道防线的调整要求
UBC对高层建筑框架-剪力墙结构体系提出如下要求:1。高层建筑要有完整的结构体系来支撑竖向荷载。2.地震作用时，剪力墙和框架共同承担水平地震作用，框架应具有至少承受地下室25%水平剪力的能力。3.设计中应充分考虑框架与剪力墙的相互作用，以提高框架剪力墙的整体刚度。据相关研究，框架能承受25%的基底剪力，能保证结构在强震下仍能承受建筑重力荷载，建筑结构抗倒塌性能良好[2]。
3.调整框剪结构第二道防线的案例
3.1项目概述
笔者以银川市为例，在五里设计了一套宜居、友好、经济适用房的2#廉租房。本案地上23层，地下1层，平面尺寸47*18.8m，建筑高度90m。结构形式为框架剪力墙结构，抗震设防烈度为8度0.20g设计地震分为二组，场地类别为二类，设计使用年限。经计算，底层带CQC的框架柱和短肢墙的倾覆力矩百分比计算结果如下:X方向框架承受的倾覆力矩为21.35%，Y方向框架承受的倾覆力矩为13.74%，均大于10%，小于50%，属于标准框架-剪力墙结构。下图为弹性CQC-0.2v0-UBC中X方向框架剪力按楼层分布情况。
3.2第二道防线的调整方法
规范要求框架部分至少有承受地下室20%地震剪力的能力。结构设计时，基底剪力的20%应以倒三角形荷载分布方式施加于剪力墙表面，围护结构设计应根据剪力墙相对面内刚度得到的框架层剪力进行。但从上图可以看出，这种调整方式忽略了楼板剪力的分布规律，得到的结果并不完全符合结构的实际受力特点。因此，有必要对框架剪力墙的框架剪力进行调整。下图为0.2v0—UBC—中X方向框架剪力调整系数按楼层的弹塑性分布。
从上图可以看出，0.2V0的调节系数根据楼层高度呈现“中间小两边大”的哑铃形分布特征。这是因为框剪结构的中间层框架增加了承受水平荷载的作用，所以要调整的系数比较小。代表性楼层的X和Y方向上的调整系数0.2V0选择如下:
从表中可以得出上述结论。
3.3框架柱剪力调整方法
从层间位移角、框剪结构最大剪力、剪力墙弯矩和变形曲线拐点可以得出，变形曲线拐点以上的剪切变形是框剪结构剪切变形最大的地方，上层的剪切值大于下层。由于上部楼层剪力墙的弯曲变形，框架成为抵抗水平剪力的主要构件，因此需要对框架剪力进行调整，形成两道防线，以保证框架具有一定的承受地震水平剪力的能力。根据对框架-剪力墙结构地震弹性模量的分析，发现顶层承受的水平剪力沿框架传递到剪力墙上，水平剪力的传递方向与底部完全不同，因此上层剪力墙的实际破坏程度不如底部结构严重，可以满足规范要求。按照“强剪弱弯”的原则，在设计中可以提高上层框架剪力墙的延性，从而保证上层框架的变形承载力。
剪切变形曲线的拐点是框剪结构变形的关键节点。拐点以下主要发生弯曲变形，中强地震时发生塑性变形。调整时可以拐点为界，将框架剪力墙分成两段分别进行调整。在多遇地震作用下，求得结构受剪力最大的楼层，作为变形曲线的拐点，其下楼层按规范要求进行调整，其上楼层考虑楼层剪力调整系数[3]。第二道防线调整后，X方向地震作用下楼板最大位移为1/1017，Y方向地震作用下楼板最大位移为1/969，满足规范1/800的要求。
结论:
综上所述，在该案的结构设计中，调整了第二道防线，保证了第二道防线框架的抗震性能、高层建筑结构的延性，实现了小震不坏、中震可修、大震不倒的三阶段抗震设防目标。
参考资料:
[1]毕杰刚。框架-核心筒结构楼板地震剪力调整方法的对比分析[D].重庆大学，2014。
[2]田淑明。框架-核心筒结构内力调整方法的比较研究[J].建筑结构学报，2017，(5): 100-108。
[3]赵刚。盛京金融广场T3塔楼-裙楼结构第二道防线的设计特点[J].建筑工程技术与设计，2017，(12):1575-1575。
作者简介:姓名:景宜(1974.12.23-)，性别:男；籍贯:山西；民族:汉族；学历:本科学历；职称:高级工程师；职称:副总工程师；研究方向:建筑结构设计；单位:银川城市规划设计院有限公司