[作者]刘孝国

中国建筑科学研究院有限公司 北京构力科技有限公司 北京

[摘要]设计师在某框架结构设计时，误将结构体系选择为剪力墙，是否会对指标、内力及调整、配筋结果有较大影响。结合抗规及高规对框架结构设计的要求，从结构整体指标、内力计算、内力调整、构造及其他方面的影响出发，分析了设计中如果选择结构体系为框架结构与剪力墙结构，引起的刚重比、位移角限值的差异；内力调整的差异；轴压比及最小配筋率方面的构造差异等。结合工程案例及PKPM软件，阐释程序对不同结构体系执行的相关规范细节要求不同，框架结构中的框架与其他结构中的框架有很大区别，设计中需要正确定义结构体系。

[关键词]框架结构；剪力墙结构；刚重比；层间位移角；内力调整；最小配筋率；轴压比

01引言

上周遇到某地区的审图人员提到这样一个问题：某设计院做了一个7度区的框架结构，但是设计师提交的施工图审查文件计算书中显示结构体系为剪力墙结构，这样选择对计算结果是否有影响？对哪些结果产生影响？软件能否正确执行规范相关要求？是否有安全隐患？是否有违反强条等，产生了一系列的疑问。

直观看将结构体系选择错误，这肯定是不对的，但要谈到是否存在安全问题，是否违反规范强条，从规范来看的确找不到明确对应的相关条文。作为审图人员，如何提出审图意见呢？如果要提出所谓的明确要求，仔细查看还是可以从规范中硬找出几条来。

第一条对应抗震规范6.1.2条，对于7度区小于24m框架结构与剪力墙结构的抗震等级不同，如果是框架结构抗震等级三级，如果是剪力墙结构抗震等级四级，而该结构设计师的抗震等级选择的是三级。从这个角度看也不应该提出违反强条。

第二条对应抗规6.3.7及高规6.4.3条，三级抗震等级的框架结构中的框架柱和其他结构中的框架柱的最小配筋率不同，三级纯框架结构的框架中柱及边柱的最小配筋率为0.7%，其他结构中的框架中柱及边柱的最小配筋率为0.6%。从这条看，如果框架结构选择剪力墙结构体系应该属于违反强条，可以作为强条依据。

总之，把一个框架结构的结构体系选择为剪力墙结构，这是肯定不行的，当然一般设计师也不会这么做。下面我们仔细分析一下如果这样做会对设计结果的哪些方面产生影响。

02对结构整体指标的影响

如果将框架结构的结构体系定义为剪力墙结构，将会引起结构多项整体指标产生较大影响，包括结构刚重比的计算结果及控制限值、结构楼层位移角控制限值及高层结构刚度比计算结果及控制限值。

2.1 刚重比计算结果及限值的差异

按高规5.4.4条要求，框架结构与剪力墙的刚重比计算公式不同，刚重比的控制限值也有区别。

2.2 结构弹性层间位移角控制限值不同

按高规3.7.3条或抗规5.5.1条要求，框架结构与剪力墙的楼层弹性层间位移角控制限值是不同的，剪力墙的限值更加严格。

2.3其他整体指标一致的结果

按框架结构与剪力墙结构计算，结构的总质量、周期、有效质量系数、位移角结果、剪重比、位移比、刚度比等结果均一致。需要注意的是，如果是高层结构，按高规3.5.2条要求，框架结构与剪力墙结构的楼层刚度比计算结果及刚度比控制限值是不同的。

03对结构内力的影响

无论结构体系选择框架结构还是剪力墙结构，由于实际结构中的构件是框架梁和框架柱，因此，无论按框架结构还是剪力墙结构计算，内力计算结果完全一致。

04对内力调整的影响

如果将框架结构的结构体系定义为剪力墙结构，将会引起结构内力调整产生较大影响，包括框架柱的底层柱弯矩放大系数调整、强柱弱梁调整、强剪弱弯调整等。如果选择剪力墙结构，该类结构体系中的框架柱内力调整执行非框架结构中框架柱要求。对于角柱的内力调整，不论选择什么结构体系，只要定义了角柱，都执行同样的调整。

4.1 底层柱弯矩放大系数的调整不同

按抗规6.2.3条要求，框架结构中的框架柱要执行底层柱弯矩放大系数，如果框架结构，选择结构体系为剪力墙结构，PKPM程序就对其中的框架柱不会执行底层柱弯矩放大系数调整。这就导致框架结构中的底层框架柱无法进行正确的内力调整。

4.2 柱强柱弱梁调整系数不同

按抗规6.2.2条要求，框架结构中的框架柱强柱弱梁调整系数与其他结构中的框架柱强柱弱梁调整系数不同。如果框架结构，选择结构体系为剪力墙，程序对其中的框架柱执行的调整系数比框架结构中框架柱的调整系数小。譬如，对一级抗震等级，框架结构中的框架柱强柱弱梁调整系数1.7，非框架结构中的框架柱调整系数1.4，差异接近20%。要对框架结构正确执行强柱弱梁调整，就需要正确的选择结构体系为框架结构。

4.3 柱强剪弱弯调整系数不同

按抗规6.2.5条要求，框架结构中的框架柱强剪弱弯调整系数与其他结构中的框架柱强剪弱弯调整系数不同。如果对框架结构，选择结构体系为剪力墙，程序对其中的框架柱执行的调整系数比框架结构中框架柱的调整系数小，就会导致调整内力偏小，可能造成配筋偏小，偏于不安全。

4.4 框架梁强剪弱弯调整系数相同

无论按框架结构还是按剪力墙结构计算，对其中框架梁的强剪弱弯调整系数是一致的，均按抗规6.2.4条进行调整。

4.5 框架角柱弯矩、剪力调整系数相同

按抗规6.2.6条，对于框架角柱的弯矩及剪力调整是不区分结构类型的，无论按框架结构还是按剪力墙结构计算，框架角柱的剪力及弯矩调整系数都是一样的，只要在分析设计中，定义角柱，就会自动执行该条的调整，与定义的结构体系本身无关。

05对构造的影响

5.1轴压比限值不同

按抗规6.3.6条要求，框架结构中的框架柱和其他结构中的框架柱的轴压比限值要求不同，但是由于规范中没有剪力墙结构中框架柱的要求，因此，如果把框架结构的体系选择为剪力墙，PKPM程序对其中的框架柱还是会按照纯框架结构中的框架柱要求执行轴压比限值的判断。但如果将框架结构的体系选择为框剪、框筒结构等，其框架柱的轴压比限值与结构体系选则为框架结构的限值是不同的。

5.2框架柱最小配筋率不同

按抗规6.3.7条要求，框架结构中的框架柱和其他结构中框架中柱和边柱的最小配筋率要求不同。如果把框架结构的体系选择为剪力墙，PKPM程序对其中的框架中柱和角柱会按抗规6.3.7括号内的最小配筋率执行，柱配筋结果变小，这就导致框架结构的设计没有执行规范的最小配筋率要求，违反强条 。

06其他影响

框架结构与剪力墙还在抗震等级、最大适用高度、防震缝的设置、弹塑性层间位移角的限值等方面也不完全相同。如按抗规5.5.5条要求，框架结构与剪力墙结构的弹塑性层间位移角的限值是不同的，且两者限值差异很大。

07案例对比

对审图人员提到的某7度区的框架结构，7度区小于24m，三级抗震等级，按照框架结构体系与按照剪力墙结构体系计算完毕，对比计算结果，差异如下。

7.1 不同结构体系整体指标对比

按照框架结构体系计算，PKPM程序输出的整体指标结果如下。

按照剪力墙结构体系计算，PKPM程序输出的整体指标结果如下。

从上面的整体指标的对比可以发现，结构的总质量、质量比、周期、有效质量系数、最小剪重比、最大位移比、最大层间位移比及最大层间位移角等结果均一致。但是不同的结构体系计算的刚重比结果及限值不同；不同的结构体系对于层间位移角限值的控制也不同。

7.2不同结构体系内力调整对比

按照框架结构体系计算，PKPM程序输出的底层某框架柱的结果如下。

按照剪力墙结构体系计算，PKPM程序输出的对应底层框架柱的结果如下。

通过对比可知，抗震等级为三级的框架结构中，框架柱底层柱弯矩放大系数为1.3，框架柱强柱弱梁调整系数1.3，框架柱强剪弱弯调整系数1.3*1.2=1.56，软件输出结果与规范框架结构调整系数一致。

选择结构体系为剪力墙结构，其中的框架柱抗震等级为三，剪力墙结构中的框架柱底层柱弯矩系数不放大，框架柱强柱弱梁调整系数1.1，强剪弱弯调整系数为1.1*1.1=1.21，软件输出的调整系数结果与规范对非框架结构中框架柱的调整系数一致。

7.3不同结构体系配筋及构造对比

按照框架结构体系计算，PKPM程序输出的某框架柱的配筋结果如下。

按照剪力墙结构体系计算，PKPM程序输出的对应该框架柱的配筋结果如下。

通过对比可知，抗震等级为三级的框架结构与剪力墙结构，其中框架柱轴压比限值均按照框架结构中框架柱要求执行，限值为0.85。

框架结构与剪力墙结构中框架柱的最小配筋率不同。三级框架结构中框架柱的最小配筋率0.7%，由于采用的纵向受力钢筋为400MPa，最小配筋率要增加0.05%，因此，限值为0.75%，与软件输出的结果一致。非框架结构中抗震等级三级的框架柱最小配筋率0.6%，采用的纵向受力钢筋为400MPa，最小配筋率要增加0.05%，因此，限值为0.65%，与软件输出的结果一致。显然，不同的结构体系，其中的框架柱最小配筋率有别，设计中若结构体系选择不正确，就会导致违反规范强条。

7.4不同结构体系刚度比计算及判断不同，引起薄弱层放大系数

按照框架结构体系计算，PKPM程序输出的结构首层刚度比结果及判断是否是薄弱层。

按照剪力墙结构体系计算，PKPM程序输出的结构首层刚度比结果及判断是否是薄弱层。

通过对比可知，由于首层与二层的层高一致，按照框架结构与剪力墙结构计算的楼层刚度比是一样的，但对于薄弱层的判断，框架结构执行的是高规3.5.2.1条，非框架结构执行的是高规3.5.2条，这就导致不同的结构体系选择，引起对首层是否是薄弱层的判断不同。按剪力墙结构体系计算，首层刚度比限值为1.5，该结构的首层被判断为薄弱层，需要考虑薄弱层放大系数。前述调整系数对比时的框架柱输出了薄弱层放大系数1.25，如下所示。

08结论

本文从一框架结构在设计时误选择了剪力墙结构体系出发，梳理对比了规范对框架结构与剪力墙结构在刚重比计算及限值、位移角限值等相关指标的不同；梳理了框架结构与剪力墙结构中框架梁柱的内力调整的不同、柱轴压比及最小配筋率等构造要求的不同。结合工程案例，对某框架结构，按框架结构体系与剪力墙结构体系分别计算，对比了质量、周期、刚重比、刚度比、等整体指标；对比了强柱弱梁调整系数、底层柱弯矩放大系数、柱强剪弱弯调整系数等；对比了框架柱轴压比限值、最小配筋率等；对比了首层刚度比判断是否是薄弱层等；得出结论如下：

1.框架结构若结构体系误选为剪力墙结构，虽然不影响结构的单工况内力，但影响结构的内力调整及相关的轴压比限值、最小配筋率等构造要求。

2. 框架结构与剪力墙结构刚重比计算公式不同，层间位移角限值及刚重比限值控制也不同。

3.对于底层是否是薄弱层的判断，框架结构与剪力墙结构刚度比的计算公式及限值要求不同。

4.框架结构底层框架柱要执行底层柱弯矩放大系数调整，非框架结构及剪力墙结构中的框架柱不执行该调整。

5. 结构设计中需要正确选择结构体系，使用软件设计时，要清楚软件不同的结构体系选择执行的相关规范细节要求。