關(guān)裕彤

（華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

現(xiàn)階段，我國的經(jīng)濟快速發(fā)展，對學(xué)校教學(xué)樓建設(shè)的要求也發(fā)生了很大的變化，強調(diào)經(jīng)濟適用性、布局合理性、視覺美感。其次，合理選擇結(jié)構(gòu)的材料和受力系統(tǒng)，充分發(fā)揮所用材料的作用是必要的，使結(jié)構(gòu)具有抵抗結(jié)構(gòu)自重、使用荷載、風(fēng)荷載和地震作用等各種自然功能的能力[1]。教室的空間通常都是比較大的，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的建筑可以滿足這一要求，所以，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計廣泛應(yīng)用于教學(xué)樓設(shè)計中。教學(xué)樓建筑如圖1 所示。

圖1 教學(xué)樓建筑

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和安全，工程設(shè)計人員和工程人員應(yīng)充分考慮其整體的設(shè)計水準(zhǔn)和質(zhì)量。在工程建設(shè)中，地質(zhì)條件、水文、水利環(huán)境、周圍環(huán)境等因素能否滿足工程建設(shè)的后期需求，對于建筑業(yè)和房地產(chǎn)的后期運營都有很大的影響。為保證建筑物的整體穩(wěn)定性和安全性，有關(guān)的設(shè)計和施工人員都要根據(jù)現(xiàn)場收集的現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查報告對其進行相應(yīng)的分析，并將其提交給第三方機構(gòu)進行安全性、穩(wěn)定性和完整性評價，以保證工程的科學(xué)和可行性。在保證施工安全的同時，還要對整個建筑的結(jié)構(gòu)和方案的執(zhí)行進行系統(tǒng)的優(yōu)化。相關(guān)的文件顯示，任何與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的變更，都要提交給設(shè)計院，由設(shè)計院出具書面同意后，才能做出相應(yīng)的修改，堅決杜絕施工方以施工難度大為由拒絕實施，或者對建筑結(jié)構(gòu)方面的變更。同時，有關(guān)設(shè)計者應(yīng)到工地進行工程勘察，了解有關(guān)施工單位的施工流程和施工中遇到的困難。全面理解后，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要全面考慮，保證施工單位能安全、有效地實施。與此同時，還必須制定預(yù)算計劃，以便在發(fā)生問題時進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進。為保證工程質(zhì)量及相關(guān)工程的進展，有關(guān)部門應(yīng)定期或不定期地進行監(jiān)督、檢測，并制定相應(yīng)的補救措施[2]。教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)

2 實例的解析

一學(xué)校內(nèi)的一棟教學(xué)樓建筑工程，地面7 層，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.4m。本項目抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類別（乙類）；結(jié)構(gòu)安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1[3]。項目效果圖如圖3 所示。

圖3 項目效果

2.1 地基和樁基的設(shè)計

本工程采用預(yù)制管樁基礎(chǔ)，樁徑500mm，樁長約20~25m，樁端持力層為第4 層粉質(zhì)黏土層。

2.2 構(gòu)造布局

（1）基本的設(shè)計原理。鑒于建筑需要滿足教育的大型建筑施工需求，結(jié)合業(yè)主對建筑物的功能需求，提出了建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，即鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置如圖4 所示。

圖4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置

（2）剪力墻的結(jié)構(gòu)。根據(jù)有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，剪力墻應(yīng)盡量避免長度過長，應(yīng)在建筑物、樓梯、電梯等平面形狀變化較大的地方進行，剪力墻長度越大，剛度越大，地震力也越大，因此，剪力墻盡量不要太長。在實際項目中，可以通過設(shè)置連梁將剪力墻分段，從而降低墻體的剛度以及防止墻體的剛度發(fā)生突變。為了保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的抗扭強度，使剛心能與平面形心一致，可以在建筑物周圍的對稱區(qū)域內(nèi)均勻分布剪力墻[4]。剪力墻如圖5 所示。

圖5 剪力墻

（3）建筑結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計。由于該項目的主體結(jié)構(gòu)是現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻，因此，為改善框架-剪力墻的協(xié)調(diào)性能，使結(jié)構(gòu)的整體剛度和結(jié)構(gòu)的橫向剛度得到改善，按照建筑的布局，在Y 方向上設(shè)置二次梁。樓板的厚度是按照跨距來計算的[5]。

（4）一種新型的剪力墻結(jié)構(gòu)。盡管可以首先破壞剪力墻間的梁柱，但是在實際設(shè)計中，連梁作為剪力墻的連接點，并將地震力分配給連梁。為了使連梁在屈曲之前達(dá)到較強的剪力和較弱的強度，采用整體規(guī)則調(diào)節(jié)的方法，對計算模型進行了修正。在設(shè)計時，應(yīng)考慮在連續(xù)梁失效不會對豎向荷載產(chǎn)生顯著影響的前提下，利用獨立墻支的計算圖表，對二次頻繁地震的破壞進行分析[5]。

（5）總體的計算結(jié)果，PKPM 的計算結(jié)果顯示，當(dāng)水平力達(dá)到一定水平時，底層剪力墻所承受的傾覆彎矩超過50%。對柱墻和聯(lián)結(jié)梁的斷面進行調(diào)整，優(yōu)化了配筋。在此基礎(chǔ)上，采用不同的混凝土強度等級及不同的構(gòu)件截面，對框柱、剪力墻的軸壓比進行調(diào)節(jié)。采用不同的板厚和梁高，達(dá)到了設(shè)計的目的[5]。

2.3 樓板的設(shè)計

為了確保樓板的穩(wěn)定，需采用厚度0.1m 以上的現(xiàn)澆型鋼筋混凝土板，增加各層的橫向剛度，提高框架剪力墻的強度，提高樓板的抗震性能。在對樓板結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，必須確?；炷恋膹姸炔坏陀贑30，并且使用雙向雙層配筋，并且要確保其配筋率大于0.20%，與此同時，在框架剪力墻的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要添加1%的鋼纖維，以增強混凝土結(jié)構(gòu)的強度，增強樓板的抗壓能力。在進行樓面開口時，要注意不要開口太大。如果需要在地面上設(shè)置升降機，那么混凝土墻體就應(yīng)該采用圓筒結(jié)構(gòu)，這樣就可以減少地面的應(yīng)力。

2.4 強化下部，弱化上部

為了確保底部大空間的整體結(jié)構(gòu)具有合適的剛度、強度、延性和地震性能，需要在底部的基礎(chǔ)上，盡可能地增強底部主體結(jié)構(gòu)的剛度，削弱頂部結(jié)構(gòu)的剛度和變形特性?？梢圆扇∪缦麓胧孩俸徒ㄖI(yè)人員商量，盡量多地讓剪力墻落到地面，有需要時，還可以只在下面增加一部分剪力墻（剪力墻不伸出地面）。除了中心管如樓梯間、升降機等可設(shè)于下端之外，最好兩邊都有一面落于地面的剪力墻，這無疑會極大地提高底層的剛性。②在下層部分，增加落地剪力墻的厚度，對于沒有落地的剪力墻，則應(yīng)盡量增加其間隔，使其變薄，既可以降低混凝土的使用量，又可以降低其剛度。③對于具有過渡層的建筑，在過渡層的上部和下部的剛性比值必須加以控制。通過對樓層高度進行提升，可以對剛度比進行直接的改善。然而，通常下面層的空間比較大，層高也比較高，而上面的層高比較低，這就導(dǎo)致了剛度比的增大。如果能夠在滿足建筑專業(yè)要求的情況下，增加樓層高度，這樣就可以使剛度比變得更小。④避免在剪力墻上出現(xiàn)過多的孔洞，以避免對墻體的剛度造成過大的弱化。⑤對底層剪力墻或底層柱提高混凝土強度等級，使結(jié)構(gòu)得到增強[6]。

2.5 工程設(shè)計中應(yīng)考慮的問題

方案的選擇和方案的構(gòu)思：依據(jù)建筑物的功能要求，制定科學(xué)、合理、經(jīng)濟、使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠承受一定的應(yīng)力、簡單的力傳遞、多條安全的線路，并能有效地提高建筑物的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的冗余，再引進超靜定結(jié)構(gòu)和抗連續(xù)坍塌的設(shè)計理念，以保證方案的選擇是合理的。地震作用的判定：一般情況下，在給定水平力時，由于柱子截面的差異，其結(jié)構(gòu)形式也就不同，因而，受力比例影響的影響程度也就不同。因此，在實際設(shè)計中，柱截面和剪力墻的設(shè)置都要根據(jù)地震傾覆彎矩比例進行調(diào)整。剪力墻的設(shè)置：在實際的剪力墻設(shè)計中，應(yīng)該考慮到框柱和剪力墻的共同影響。在總體計算達(dá)到要求的情況下，存在過擬合、超軸壓比等問題，使設(shè)計中的重復(fù)計算變得十分困難。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于剪力墻不能完全穿過大樓，造成結(jié)構(gòu)的剛性突變。為了保證剪切力的可靠傳遞，對樓面進行澆筑，確保厚度大于10cm，相鄰的上部樓板立柱必須一致。為防止塑性鉸過早發(fā)生，必須采取相應(yīng)的措施，以改善其變形性能[6]。

2.6 剪力墻抗震布局和布設(shè)

開展建筑抗震構(gòu)造設(shè)計當(dāng)中，重點是需將框架剪力墻抗震構(gòu)造設(shè)計做好。對框架剪力墻布設(shè)、布局還有施工質(zhì)量等而言，會對于建筑項目抗震成效產(chǎn)生直接影響，所以應(yīng)當(dāng)將剪力墻布局以及設(shè)置做好。通常而言，需要把剪力墻設(shè)置于平面構(gòu)造中容易產(chǎn)生變形的區(qū)域。

除此之外，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)重視下述3 個方面準(zhǔn)則：①剪力墻應(yīng)當(dāng)均勻設(shè)置，而且最好是對稱勻稱布局。當(dāng)前，為使得建筑構(gòu)造的穩(wěn)定性以及安全性獲得提升，通常會將剪力墻布設(shè)于建筑構(gòu)造發(fā)生變形部位以及建筑物中產(chǎn)生較大豎向載荷的位置。而且，在開展剪力墻設(shè)置的時候，還應(yīng)當(dāng)遵守雙向?qū)ΨQ均勻分布的準(zhǔn)則。②開展墻肢截面設(shè)計的時候，最好需要確保截面形狀是規(guī)則可靠的，而且截面不可過于繁雜。假如建筑某些形狀結(jié)構(gòu)上存有變化不定以及凹凸不平等情況，則最好在構(gòu)造凸出部位布設(shè)相關(guān)剪力墻，從而能夠使得建筑構(gòu)造抗側(cè)剛度有效提升，進而對于構(gòu)造抗震性能進行改善[7]。還有，應(yīng)當(dāng)對于剪力墻的密度以及數(shù)目進行較好控制。因為剪力墻將會占據(jù)到建筑物中一定空間，所以在開展剪力墻布設(shè)的時候，必須得將剪力墻密度以及數(shù)目控制好。開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的時候，在使得建筑整體抗震性能需要已經(jīng)滿足基礎(chǔ)之上，還需盡可能使得剪力墻密度以及數(shù)目降低，從而能夠使得建筑物空間應(yīng)用率獲得提升，提省群眾居住以及生活的舒適度。③應(yīng)當(dāng)使剪力墻構(gòu)造上延展性獲得有效提升。因此需要相關(guān)設(shè)計工作人員在開展剪力墻長度設(shè)計當(dāng)中應(yīng)當(dāng)做好全面思考，從而使得剪力墻延展性獲得提升。通常而言，能夠把同一剪力墻劃成多個短小剪力墻，進而使得建筑物抗震設(shè)計的質(zhì)量得到提升[7]。

3 結(jié)語

教學(xué)樓框架剪力墻結(jié)構(gòu)可以簡化施工流程，加快施工進度，節(jié)約施工費用，確保施工質(zhì)量。在教學(xué)樓建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是一種比較常用的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)進一步推動教學(xué)樓建筑的發(fā)展。注重在具體的工程設(shè)計中通過大量的實踐探索與研究，總結(jié)在實踐中的經(jīng)驗，并不斷地進行創(chuàng)新，以達(dá)到更好的經(jīng)濟效益和技術(shù)指標(biāo)。在進行框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，首先要對其進行基本的理論研究，然后通過對其進行分析和檢驗，從而達(dá)到更好的設(shè)計效果。同時，合理的平面及豎向布局能夠使整個建筑成為一個很好的抗震系統(tǒng)，因此，在進行建筑設(shè)計時，需要對建筑進行持續(xù)的研究，并對各種方案進行對比，盡可能地制定出最優(yōu)的技術(shù)方案，以確保建筑的安全及經(jīng)濟。