CN105201261B

CN105201261B - 一种框支剪力墙结构及其设计方法

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Publication number: CN105201261B
Application number: CN201510661484.9A
Authority: CN
Inventors: 陈敏; 王荣
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2035-10-12
Also published as: CN105201261A

Abstract

本发明涉及消能减振建筑技术领域，提供了一种框支剪力墙结构及其设计方法。框支剪力墙结构包括底部框支层，和位于框支层上方由框支层支撑的上部楼层；框支层的数量为两层以上，且至少在最底部两层框支层上布置有阻尼器；上部楼层布置有剪力墙。与部分框支剪力墙的通过提高结构强度“抗震”相比，采用阻尼器吸收或消耗地震能量具有更多的优势，可以实现对建筑的更好的保护。且阻尼器可以成为结构的“保险丝”，遭遇较大地震时只需更换这些装置，而不至于中断建筑使用功能，有利于降低结构全寿命周期费用。并且，阻尼器可在框支层灵活布置，最大程度的减小对建筑空间的影响，从而更好的释放下部楼层的建筑空间，帮助建筑商实现预期的商业价值。

Description

一种框支剪力墙结构及其设计方法

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。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的框支剪力墙结构的设计方法，建筑的底部设计成框支层，且在框支层上布置消能部件，从而避免现有技术中部分框支剪力墙结构设计的复杂性，以及结构“抗震”的不足。

本发明的框支剪力墙结构，其在底部的框支层上布置有消能部件，通常为一种阻尼器。与传统的通过提高结构强度采用“抗震的方案相比，采用阻尼器吸收或消耗地震能量具有更多的优势，从而可以实现对建筑的更好的保护。进一步地，阻尼器可以成为结构的“保险丝”，遭遇较大地震时只需更换这些装置，而不至于中断建筑使用功能，有利于降低结构全寿命周期费用。并且，阻尼器可在框支层灵活布置，最大程度的减小对建筑空间的影响，从而更好的释放下部楼层的建筑空间，帮助建筑商实现预期的商业价值。

本发明的优选方案中，阻尼器为黏性液体阻尼器，由于黏性液体阻尼器是一种只提供阻尼不提供刚度的消能装置，相对于其他阻尼器装置，布置更为灵活，对框支层建筑空间的影响更小。

本发明的优选方案中，框支层上部楼层的周边拐角位置设置剪力墙，所述上部楼层的其它设置短肢剪力墙或框架柱，可更好的减少框支剪力墙结构的扭转响应。

本发明的又一优选方案中，当框支层的数量为三层以上时，在第三层以上的框支层的周边拐角位置设置剪力墙，而黏性液体阻尼器只需安装在底部两层，既减少阻尼器数量节省投资，又可更好地释放建筑空间。该方案的框支剪力墙结构，不仅从周期比来看扭转响应减小明显，而且由于设置于周边拐角的剪力墙应有一定刚度，从而可以分担更多的层间剪力，保护短肢剪力墙的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一的框支层平面示意图；

图2a-d是实施例一的Case2-4对应的剪力墙布置示意图；

图3是实施例一中底部两层框支层安装有黏性液体阻尼器的框支剪力墙结构的结构示意图；

图4是实施例一中不同工况下的框支剪力墙结构在多遇地震下最大层间位移角曲线图；

图5是实施例二中框支剪力墙结构的上部剪力墙布置示意图；

图6a-c是实施例二中方案一-三，以及方案七的框支剪力墙结构的阻尼器布置示意图；

图7a-c是实施例二中方案四-六的框支剪力墙结构的阻尼器布置示意图；

图8a为对应ElcentroS00E分量的加速度时程曲线图；

图8b为对应ElcentroS90W分量的加速度时程曲线图；

图8c为对应Taft N21E分量的加速度时程曲线图；

图8d为对应Taft S69E的加速度时程曲线图；

图8e为对应人工波a的加速度时程曲线图；

图8f为对应人工波b的加速度时程曲线图；

图9a为多遇地震下Elcentro地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图9b为多遇地震下Taft地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图9c为多遇地震下人工模拟地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图10a为罕遇地震下Elcentro地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图10b为罕遇地震下Taft地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图10c为罕遇地震下人工模拟地震作用对应的不同方案y向最大层间位移角曲线；

图中：1、阻尼器；2、洞口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的一种框支剪力墙结构的设计方法，主要包括消能减震设计和剪力墙的布置策略。其中，消能部件仅需布置在框支层，因此消能减震设计主要包括框支层的设计，以及作为消能部件的阻尼器1的选择及布置。

具体地，本发明的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；

S3、对S2中的所述框支层进行配筋设计；

本发明的框支剪力墙结构的设计方法，建筑的底部设计成框支层，且在框支层布置阻尼器，从而避免现有技术中部分框支剪力墙结构设计的复杂性，以及结构“抗震”的不足。

其中，专利申请号为201410335765.0的专利文献基于隔震理论对安装阻尼器1的底部楼层设计提出了建议，本申请中的底部的框支层可以借鉴该专利文献的方法进行设计。同时框支层数量与层高亦需满足建筑功能的要求；地震作用下框支层最大层间位移角还需满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)要求。

具体地，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。

S3中按《建筑抗震设计规范》提出的方法估算所述阻尼器1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。

当所述框支层的总层数大于等于三层时，在上述框支剪力墙结构的设计方法的S3之后还包括步骤S3'：

其中，第三层以上应当是包括第三层在内的。当然第三层以上的框支层上既可以设置剪力墙还可以设置阻尼器，或者可以同时设置剪力墙和阻尼器。需要说明的是，当第三层以上框支层周边拐角的位置设置剪力墙时，此时该布置有剪力墙的框支层不再适合称之为框支层，因此在此称其为框架剪力墙层。优选第三层以上的框支层设置有剪力墙时不再需要设置阻尼器1，从而阻尼器1只需安装在底部两层的框支层上，既减少阻尼器1数量节省投资，又可更好地释放建筑空间。

其中，当框支层的总层数大于等于三层时。如果在第三层以上的框支层仅设置阻尼器1而不设置剪力墙，那么再多的阻尼器1也可能因刚度不够、以及扭转响应增大而导致地震作用下结构层间位移角不能满足规范要求。因此，优选将周边拐角的剪力墙延伸至第三层框支层，得到设置有剪力墙的框架剪力墙层。该种情况的框支剪力墙结构，不仅从周期比来看扭转响应减小明显，而且可减少安装阻尼器的数量，释放框架剪力墙层的建筑空间。

此外，需要说明的是框支层的“周边拐角”不包括楼层内部的墙角，仅仅指建筑的最外围的墙体之间形成的拐角。

为确保整个框支剪力墙结构安全，上部楼层剪力墙布置策略如下：首先，上部楼层的剪力墙总抗侧刚度不宜过大，从而有利于框支层的安全；其次，上部楼层的剪力墙优先布置在周边拐角的位置，例如建筑的横截面呈矩形状时，则将剪力墙布置在四角位置。上部楼层的其它需要部位宜采用短肢剪力墙，如建筑功能允许也可用框架柱，从而有利于提高结构的抗扭刚度。最后，周边拐角位置的剪力墙刚度不宜太小，因此优选剪力墙的长度不小于4m。但剪力墙的长度也不宜超过8m，便于分担更多层间剪力，保护短肢剪力墙安全。

根据本发明的框支剪力墙结构的设计方法得到的框支剪力墙结构，包括框支层和设于所述框支层上且由所述框支层支承的上部楼层，至少在最底部两层所述框支层上布置有阻尼器。

本发明的框支剪力墙结构，由于底部为框支层，因此利于建筑空间的更好利用。而上部为设置有剪力墙的上部楼层，也是上部楼层用作旅馆、住宅的建筑功能所需要。

进一步地，上述框支剪力墙结构，由于在底部的框支层上设置有作为消能部件的阻尼器1。与传统的通过提高结构强度采用“抗震”的方案相比，采用消能部件吸收或消耗地震能量具有更多的优势，从而可以实现对建筑的更好的保护。进一步地，阻尼器1可以成为结构的“保险丝”，遭遇较大地震时只需更换这些装置，而不至于中断建筑使用功能，有利于降低结构全寿命周期费用。并且，阻尼器1可在框支层灵活布置，最大程度的减小对建筑空间的影响，从而更好的释放下部楼层的建筑空间，帮助建筑商实现预期的商业价值。

其中，作为消能部件的阻尼器1优选但不必须为黏性液体阻尼器。黏性液体阻尼器只提供阻尼，不提供刚度，相对于其他阻尼器1装置，布置更为灵活，对框支层建筑空间的影响更小。当然，除了阻尼器1以外，框支层也可以设置除了阻尼器1以外的其它类型的消能部件。

下面结合具体实施例说明框支剪力墙结构中剪力墙的布置策略以及消能减震设计方法。

实施例一

本实施例就剪力墙的布置策略进行说明。

(1)工程概况

某8度区，设计基本地震加速度为0.30g，Ⅱ类场地。拟建10层框支剪力墙结构，其中底部两层为框支层，框支层平面示意如图1所示。第3-10层为上部楼层，层高为3600mm。其中框支层结构柱与剪力墙混凝土强度等级选用C40，梁板混凝土强度等级为C30；其中框支层的柱截面尺寸为650×650mm，墙厚200mm。取框支层层高为5000mm，由频率方程|k-ω²m|＝0知，此时框支层固有频率ω_n与场地特征频率ω接近，将黏性液体阻尼器安装在框支层可取得较好的减震效果。其中，k为框支层刚度矩阵，m为框支层质量矩阵，而ω则取场地特征频率。

对于第3-10层，选择四种剪力墙布置情形如图2a-d所示，其中图2b-d四角8片剪力墙均开有1950×1800mm的洞口2。通过模态分析计算纯框架结构的与图2a-d中四种情形扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期比T_t/T₁列于表1中。表1为五种工况下的周期比T_t/T₁

表1

工况	Case1	Case2	Case3	Case4	Case5
						T_t/T₁	0.918	0.868	0.839	0.843	0.863

表1中Case1为纯框架结构，Case2为对应图2a的情形，Case3对应图2b，Case4对应图2c，Case5对应图2d。由表1周期比计算结果可知，对于框支剪力墙并不是剪力墙布置越多对控制扭转效应越有利；相反如图2b，在四角布置8片7800mm的剪力墙比较有利。

(2)弹性时程分析

将黏性液体阻尼器分别安装在框架结构底部两层，框支剪力墙结构的框支层，如图3所示。图3中阴影部分为第3-10层，表示该部分可能为框架，亦可能布置有剪力墙。阻尼器1布置于①、③、⑥、⑧轴线，其中第1层单个阻尼器1阻尼系数为2×10³kN·s·m^-1，第2层单个阻尼器1阻尼系数为3×10³kN·s·m^-1，阻尼指数取0.3。

采用建筑结构通用有限元分析与设计软件midas Gen对上面五种情形，y轴方向进行多遇地震下的时程分析；地震波选取Elcentro地震记录S00E分量，如图8a所示，峰值加速度设定为110cm/s²。绘制层间位移角曲线如图4所示，可见通过对框支层以上楼层布置剪力墙减小偶然偏心后，消能减震结构地震响应明显减小。其中Case3、Case4、Case5框支层层间位移角曲线比较接近，而上部楼层Case3时层间位移角稍大；依延性设计理念框支层以上楼层剪力墙采用Case3作为布置策略时，上部楼层可以消耗更多地震能量，降低框支层地震破坏的风险。

表2列出了五种情形最大层间剪力V_story,max、框支柱分担剪力V_f、单柱最大剪力设计值V_1,max，及所在楼层。当阻尼器1安装在框架结构的底部两层，即Case1时，第3层层间剪力最大，其中单柱最大剪力设计值达201.9kN；而Case2-Case5在第3-10层对称布置了剪力墙，且数量逐渐增加，此时底部两层成为薄弱层，最大层间剪力出现在第1层，层剪力由阻尼器1与框支柱共同分担，其中所有框支柱分担的剪力与单柱承受的剪力设计值随第3-10层刚度增加而增加，验证了前面提出的剪力墙布置策略的合理性。

表2为不同工况层剪力V_story,max、框支柱分担剪力V_f、单柱最大剪力设计值V_1,max及所在楼层：

表2

工况	V_storey,max	V_f	V_1,max	楼层
					Case1	5030.3	5030.3	201.9	3层
Case2	5544.5	4232.0	148.2	1层
					Case3	5998.6	4564.8	160.1	1层
Case4	6099.4	4653.9	163.3	1层
					Case5	6188.2	4771.6	167.1	1层

实施例二

(1)工程概况

某7度区，基本地震加速度为0.15g，拟建1栋15层高层建筑；底部2层或3层将用做商场，上部楼层将用做公寓。考虑采用框支剪力墙结构体系，拟通过在框支层安装黏性液体阻尼器来确保结构在地震作用下的安全。框支层结构布置仍如图1所示，框支柱截面尺寸为800×800mm，混凝土强度为C50；上部剪力墙布置如图5所示，除四角外均采用高厚比为5的短肢剪力墙，墙厚为250mm，混凝土强度为C40，四角8片剪力墙均开有2400×1500mm洞口2，并有500×500mm的端柱。

楼板厚度与转换梁尺寸参考《高规》对部分框支剪力墙结构的要求。转换层楼板厚度取180mm，转换梁截面取500×1000mm，次梁截面取300×650mm；框支层非转换层主梁截面取300×750mm，次梁截面取300×650mm；上部楼层主梁截面尺寸取250×700mm，次梁截面尺寸取250×650mm；转换厚板上、下一层的楼板厚度取150mm，其余上部楼层楼板厚度取100mm，梁板混凝土强度均为C30。上部楼层层高为3300mm。

(2)框支层设计方案

参考申请号为201410335765.0的专利文献，基于隔震理论中频率方程求出隔震层层高，有利于阻尼器1消耗更多地震能量；对于本设计案例，如框支层取两层，且框支层以上均为上部楼层时，则框支层层高将超过6m；如框支层取三层，层高约为5.5m。工程实际中，框支层的层高由建筑师依据建筑功能确定，层高太高将给建筑在节能、造价等方面造成不利影响。就结构而言，框支剪力墙结构薄弱层必定在底部框支层，不会像框架结构由于隔震层刚度较大而转移至上部变截面处；其次《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对框支层在多遇地震下层间位移角有更严格的规定，不许超过1/1000。因此本设计案例框支层不能太柔，层高不宜超过由频率方程计算值。

选择七种方案来进行分析比较，以便为框支剪力墙结构减震消能设计提出建议。表3对方案1～方案6进行了描述。方案7是对方案5的改进，在第3层的四角布置8片剪力墙，如图2b所示，第1-2层同方案5。

表3

方案1

方案2

方案3

方案4

方案5

方案6

框支层层数

2

3

框支层层高

4.5m

5.0m

5.5m

4.5m

5.0m

5.5m

(3)计算分析

直接采用弹性与弹塑性时程分析法对7种设计方案进行两阶段验算。将阻尼器1布置于框支层如图6、图7所示，其中图6a、图7a为阻尼器在①、⑧轴线布置示意，图6b、图7b为阻尼器在③、⑥轴线布置示意，图6c、图7c为阻尼器在轴线布置示意。单个阻尼器1阻尼系数均为2000kN_·s_·m^-1，阻尼指数取0.3。依《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)要求选取3组地震动时程曲线对减震结构进行时程分析，分别为ElcentroS00E、ElcentroS90W分量，Taft N21E、Taft S69E分量，两条人工模拟加速度时程曲线如图8a-f所示。

①弹性时程分析

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)建议消能减震结构的层间弹塑性位移角限值宜比非消能减震结构适当减小。尽管设计案例为对称结构，亦考虑双向地震作用。采用midas Gen对7种方案进行多遇地震下的时程分析，y向峰值加速度设定为55cm/s²，x向峰值加速度为y向0.85倍。计算未安装阻尼器1时框支剪力墙结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期比T_t/T₁，以及减震消能后单根框支柱所受最大剪力设计值、最大弯矩设计值，列于表4：

表4 7种设计方案周期比及框支柱最大剪力(kN)与弯矩设计值(kN-m)

绘制框支剪力墙减震结构7种方案多遇地震下最大层间位移角曲线如图9所示，图中与纵轴平行的虚线为多遇地震下框支剪力墙层间位移角限值1/1000。

由表4中周期比T_t/T₁计算值可知，底部3层为框支层时，结构扭转响应明显比底部两层为框支层时大；其次随框支层层高增加，扭转响应越强烈。方案7周期比T_t/T₁较方案5明显减小。

假定框支柱对称配筋，单侧配筋为箍筋为φ10@100，4肢箍。其中φ为牌号HPB300钢筋，为牌号HRB400钢筋。采用XTRACT截面计算软件可计算出当框支柱轴力为0时，抗弯承载力为1599kN-m；当框支柱轴压比为0.6时，抗弯承载力为3174kN-m。不考虑轴力的贡献，取框支柱净高为4.0m，其抗剪承载力为1139.5kN。对比表4中框支柱最大剪力设计值与最大弯矩设计值，其承载力可满足要求。

比较减震结构在3组地震动时程曲线作用下的最大层间位移角曲线，7种方案弹性层间位移角限值全在规范允许范围内。方案4～6中底部3层为框支层时，尽管安装了更多的阻尼器1，但地震响应明显大于框支层只有两层的情形。而方案7将四角剪力墙延伸至第3层楼面是对方案5的一种改进，其周期比明显减小，第3层不需安装黏性阻尼器1，位移角曲线与方案1-3较为相似，最大层间位移角相比方案5亦未增加。方案4与方案6亦可做类似的改进。

②弹塑性时程分析

将y向峰值加速度设定为310cm/s²，x向峰值加速度亦做相应调整，对7种方案分别进行罕遇地震下的时程分析绘制最大层间位移角曲线如图10所示。在Elcentro强震记录作用下方案5与方案6最大层间位移角超出了规范允许值，其余情形均在规范允许值范围内。而对方案5改进的方案7却能满足要求，且最大层间位移角明显减小。方案7既减少黏性阻尼器1的安装数量，又释放了第3层的建筑空间，可见减小结构扭转响应对改善结构的抗震性能作用明显。

综上所述，计算分析表明框支剪力墙结构通过消能减震可使其设防目标达到规范要求。因黏性液体阻尼器不提供刚度只提供阻尼，可以在框支层灵活布置，相对于部分框支剪力墙结构而言优越性明显。

其次，剪力墙布置应利于提高结构抗扭刚度，宜优先在框支层以上上部楼层四角，其它部位可以考虑采用短肢剪力墙，或框架柱；四角剪力墙刚度不宜太小以便承担更多层间剪力。

最后，当框支层超过3层，即使安装较多阻尼器1也会因框支层刚度不够，结构扭转响应较大而使主体结构抗震性能无法满足规范要求。如将四角剪力墙延伸至第3层楼面，得到位于框支层和上部楼层之间的框架剪力墙层，尽管黏性阻尼器1只安装在底部两层，主体结构抗震性能亦可大幅改善；既减少阻尼器1安装数量，又释放了建筑空间。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种框支剪力墙结构的设计方法，其特征在于，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，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、在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所述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；

在所述S3之后还包括步骤S3'：

在两层所述框支层上方设置若干层框架剪力墙层，所述框架剪力墙层为框支层的周边拐角位置设置剪力墙得到；

并且，所述S4中，所述上部楼层设置在所述框架剪力墙层上方。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的方法设计得到的框支剪力墙结构，其特征在于，包括底部的两层框支层，和位于所述框支层上方且由所述框支层支撑的上部楼层；所述框支层上布置有阻尼器；所述上部楼层布置有剪力墙。

5.根据权利要求4所述的方法设计得到的框支剪力墙结构，其特征在于，所述框支层上方设置有若干层框架剪力墙层，所述框架剪力墙层为框支层的周边拐角位置设置剪力墙得到；所述上部楼层设置在所述框架剪力墙层的上方。

6.根据权利要求4或5所述的框支剪力墙结构，其特征在于，所述阻尼器为黏性液体阻尼器。

7.根据权利要求4或5所述的框支剪力墙结构，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的框支剪力墙结构，其特征在于，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。