[发明专利]一种框支剪力墙结构及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及消能减振建筑技术领域，尤其涉及一种框支剪力墙结构及其设计方法。

背景技术

近些年来建筑商为了追求更多的商业利益常常将一栋建筑的功能沿高度做不同规划。上部楼层用作旅馆、住宅，下部楼层作为商场、餐馆或文化娱乐设施。旅馆和住宅需要布置较多的墙体，采用剪力墙结构比较合适；而商场、餐馆与文化娱乐设施需要尽可能大的自由灵活的室内空间，采用框架结构最为合适。由此看来框支剪力墙结构是一种实现此建筑功能最理想的结构形式。

框支剪力墙结构“上刚下柔”，在地震区的结构安全无法保证，学者们提出采用部分框支剪力墙结构加以改进。但是，《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)明确将部分框支剪力墙结构归类为复杂高层建筑，为确保其安全在许多方面需严格满足规范要求。具体地，《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)对部分框支剪力墙结构设计做了详细的规定，主要包括三个方面：

第一：落地剪力墙的布置、设计与构造；

第二：框支柱的设计与构造；

第三：转换层设计与构造。

部分框支剪力墙结构采用的是传统的抗震设计理念，小震时依靠结构的强度确保结构不坏，大震时利用结构的延性确保大震不倒。针对更高的性能目标时，依靠强度提高确保结构不坏将需要大幅提高项目投资；而且由于地震的不确定性，即使遭遇小震也常常会出现超过预期的破坏，导致建筑功能中断，经济损失巨大。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)就落地剪力墙的间距，承担地震倾覆力矩大小，以及与框支柱的距离等均做了严格的规定；其次，落地剪力墙宜对称布置以利于减小结构的偏心。因此，要保证部分框支剪力墙在地震区的安全，对其要求势必会限制框支层的建筑空间，影响建筑功能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是针对现有部分框支剪力墙结构的不足，提供一种框支剪力墙结构的设计方法以及由该方法得到的框支剪力墙结构。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种框支剪力墙结构的设计方法，包括以下步骤：

S1、建筑的底部设计成框支层，所述框支层的数量为两层以上，且根据建筑功能需要选择所述框支层的层高，并基于隔震理论、框支柱轴压比限值确定框支柱的截面尺寸、混凝土强度等级；

S2、至少在最底部两层所述框支层布置阻尼器，通过弹性时程分析方法验算布置的阻尼器的数量和位置是否合理；如阻尼器布置合理，且所述框支层最大层间位移角小于《建筑抗震设计规范》允许的层间位移角限值，则选定的框支柱截面尺寸、混凝土强度等级、以及框支层层高合理，否则需进行调整；

S3、对S2中的所述框支层进行配筋设计；

S4、在所述框支层的上方设置上部楼层，在所述上部楼层上布置剪力墙，得到包含所述框支层和上部楼层的框支剪力墙结构；

S5、对经过S4得到的框支剪力墙结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算，如在所述罕遇地震作用下所述框支剪力墙的最大变形满足规范要求，则设计可行，否则需进行调整。

优选地，当所述框支层的总层数大于等于三层时，在所述S3之后还包括步骤S3'：

在第三层以上所述框支层的周边拐角位置设置剪力墙，得到框架剪力墙层。

优选地，所述S1中使得框支层固有频率ω_n与场地特征频率ω相等或接近，并基于频率方程|k-ω²m|＝0计算出所述框支层的框支柱的截面尺寸；其中，k为框支层刚度矩阵，m为框支层质量矩阵。

优选地，所述S3中按《建筑抗震设计规范》提出的方法估算所述阻尼器附加给所述框支剪力墙结构的有效阻尼比，采用振型分解反应谱法进行配筋设计；或者所述S3中按《建筑抗震设计规范》提出的选波原则，直接通过弹性时程分析进行配筋计算。

优选地，包括底部框支层，和位于所述框支层上方且由所述框支层支撑的上部楼层；所述框支层的数量为两层以上，且至少在最底部两层所述框支层上布置有阻尼器；所述上部楼层布置有剪力墙。

优选地，所述框支层的总层数大于等于三层时；在第三层以上所述框支层各层的周边拐角位置均设置有剪力墙，和/或第三层以上所述框支层各层均布置有阻尼器优选地，所述阻尼器为黏性液体阻尼器。

优选地，所述上部楼层的周边拐角位置设置有剪力墙，所述上部楼层的其它位置设置有短肢剪力墙或框架柱。

优选地，设置在所述上部楼层周边拐角位置的所述剪力墙的长度为4-8m。