框架剪力墙结构中剪力墙端柱设计探析

罗雅婷

（江西省建筑设计研究总院，江西 南昌 330046）

1 剪力墙端柱

应该明确，框架剪力墙结构中剪力墙端柱是剪力墙的一部分，端柱本质是墙，从而增加剪力墙的平面外稳定性和平面内的延性。当平面外有框架梁落到剪力墙的端柱上时，端柱还需要承担框架梁传来的水平力，竖向力由端柱和墙身共同承担。在平面内框架剪力墙结构中两端设置的边框柱主要是与框架梁或剪力墙暗梁形成闭合的边框，这时的端柱也起着框架柱的作用，并应同时符合框架柱的相关构造要求及剪力墙的构造要求。

2 理论分析

结构建模当端柱按照框架柱输入时，框架柱和剪力墙重叠的部分软件在计算的时候程序会重复计算，计算出来的结果可能会存在下列问题：①计算轴压比会小于实际轴压比，降低结构的实际延性，导致建筑抵抗地震力等水平力作用下的抗变形能力有所降低，重叠越多越显著；②抗剪计算时，重叠部分也重复计算了，这样计算抗剪能力会大于实际承载能力；③按照力学方法计算的刚度时，EI=EË（IC+ACX2+IW+AWX2），X 为各柱或墙到楼层形心的距离。因为端柱划到框架柱的范畴，墙的刚度要减小，对于少墙方向，情况非常明显，这样计算出来的整幢建筑的剪切刚度会小于实际刚度，结构自振周期长于实际周期，计算地震力小于实际的地震力。多墙方向可能因为重叠区域增多，计算可能会增大；④导致端柱承担的水平力纳入框架柱的范畴，使纯框架柱计算承担的地震力大于实际承担的地震力，甚至可能会使纯框架柱承担的地震力小于规范规定的最小值，框架失去二道防线的能力。结构建模当端柱按照墙体输入时，软件计算认为端柱和墙身形成一体，重叠部分软件在计算的时候程序不会重复计算，这样计算出来的轴压比会比较接近实际轴压比。剪切刚度计算时，端柱纳入墙体计算，因为在水平力作用下的端柱变形符合柱的剪切变形特征，墙体变形特征符合弯曲变形特征，而实际变形要保持一致，因此计算的剪切刚度会大于实际刚度。结构自振周期会小于实际周期，计算地震力会大于实际地震力，尤其是在剪力墙比较少的方向情况更明显。当计算地震力小于规范规定最小值时，影响地震力调整系数，导致结构不安全。为了解决这个问题，软件计算结构自振周期时采用规范给予的计算公式T1=1.7ψT。顶点位移UT 计算时按照规范给予的方法计算结构侧向刚度，两种建模方法刚度计算结果不会差别太大，因而周期计算结果相差不大。

3 框架剪力墙结构的施工方案

3.1 施工准备阶段

在框架剪力墙结构的施工准备阶段，一般在施工设备以及施工人员入场之后，工作人员按照《施工总平面图布局图》的相关内容确定员工宿舍、办公场地的位置等。同时为了确保框架剪力墙结构施工顺利进行，还应该明确主要施工器械的使用方案、劳动力计划等，保证工程项目施工顺利完整。

在施工准备过程中做好现场测量，按照建设方提供的水准点，建立现场的水平以及高程控制网等；在确定追准点前，由专业的测量小组对整个水准点进行测试，在确认无误后才能开展施工；之后确定工程的控制轴线网并引出高程控制网。

3.2 土方开挖

在框架剪力墙结构中，建筑中常采用筏板基础模式，受到施工场地因素的影响，一般基坑开挖不具备放坡条件，所以需要做好支护。在基坑施工阶段，采用机械施工方法，采用反铲机挖土方案，选择自卸式卡车将挖出的土壤运送至现场外。

在土方开挖阶段，为了降低施工难度，可采用分级施工方案，其中在第一阶段施工中，先挖至15°左右，在护坡桩施工结束后再进行第二阶段施工，直至达到设计标高即可。施工阶段在基坑底部预后30cm 左右的标高，采用人工施工方案做清槽。

表1 地震作用时剪重比、周期比、刚重比计算结果对比

表2 轴压比计算结果对比

3.3 钢筋工程

在框架剪力墙结构施工阶段，钢筋工程是其中的重点内容，在钢筋入场之后，指挥工作人员按照型号分类堆放材料；在施工前进行钢筋加工，但是加工前需要充分清除钢筋表面的油渍、铁锈等。在加工钢筋时需要注意以下两点：①钢筋弯曲期间应采用机械冷弯方法，严禁使用气焊施工工艺；②加工后的钢筋集中堆放，并做好标记，避免误用。

目前大部分框架剪力墙结构均采用直螺纹连接方法，与钢筋端部连接的横纵向钢筋用辊压机处理后，直接辊压成普通直螺纹，通过专门的直螺纹套筒工艺，构建成钢筋连接体系。其关键工艺如下：通过将钢筋端部的横肋和纵肋进行剥切处理后，使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸。然后再进行螺纹滚压成型（见图1）。实现等强度连接，而且接头还具有优良的抗疲劳性能和抗低温性能。

4 工程实例模型计算结果分析对比

4.1 工程概况

某星级酒店项目，位于安徽省某市，总用地面积43731.6m2，总建筑面积85020.29m2，总体上呈四合院式布局，中间为景观内庭院，其标准层结构平面布置图如图1 所示。

图1 标准层结构平面布置

4.2 结构模型分析及方案选择

本工程结构模型计算采用盈建科YJK 建筑结构设计软件，剪力墙端柱采取两种不同方式进行建模，模型1 是剪力墙端柱按常规框架柱输入，软件计算时框架柱按杆单元计算；模型2 是剪力墙端柱按墙单元输入，软件计算时按墙元计算，程序在不同的建模方式下模型刚度和刚重比计算结果对比如表1 所示。

表1 中刚度参数选取是其中7 层计算结果，另外，周期比、剪重比及位移角计算结果对比如表2 所示。

从表2 中可以看出，上表计算刚度时是按照规范给予的公式计算的，因为刚度差别很小，所以两种建模方式各参数角计算结果差异很小。

4.3 结构模型计算结果对比

从上述模型计算结果对比可以发现，因为软件计算各项参数时结构刚度是按照规范给予公式计算的。所以，两种不同输入模型对结构整体参数指标影响不大，可以根据自己的习惯建模，但当某项参数接近规范限值时，应分别按照两种方法建模计算，两种模型结果均要满足规范限值要求。

5 结论

（1）对于带端柱的剪力墙，程序计算时重复考虑二者重叠的区域，导致竖向构件面积计算误差，这会影响剪力墙的抗剪承载力和轴压比的计算，而且剪力墙墙肢截面长度越小，其计算误差相对就会越大，计算越偏于不安全；

（2）端柱按框架柱输入模型，计算框架柱承担的剪力Vf 会大于实际承载力，影响到Vf≧0.2V0的调整，从而导致计算结果不合理，甚至不安全；

（3）当程序按墙+柱的方式输入模型时，容易忽视一个问题，即软件默认端柱的抗震等级按框架柱来定义，而工程设计通常涉及的框剪结构中，剪力墙的抗震等级往往大于或等于框架的抗震等级，这样就有可能会定义错端柱的抗震等级，出现结构设计偏不安全，因此，这种情况下应人工调整剪力墙端柱的抗震等级，避免出现设计错误；

（4）当某项参数接近规范限值时，应将端柱按照墙建模复算，结果应满足规范要求。