刘同焰 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

1 引言

框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两部分组成，在结构设计中，由于框架和剪力墙自身的侧向刚度差异较大，因此需要考虑二者的协同工作。在常规的工程设计过程中，对于软件建模方式，框架剪力墙结构中剪力墙端柱有两种建模方式：一是端柱按框架柱输入，剪力墙墙身直接布置到框架柱的节点上，这种建模方式操作方便；二是端柱按照墙输入，即在端柱部位建立三个节点，将端柱当作厚墙输入和墙身联成一体。两种建模方法的计算结果肯定不同，有时会差异较大。本文对此提出一些探讨性意见和设计建议。

2 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，设置剪力墙端柱的根本目的是为了对剪力墙提供有效的约束作用，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。基于此，结构设计时建议端柱分别按照框架柱进行建模计算和厚墙建模计算，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。

3 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=EЁ（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，使得纯框架柱计算承担的地震力大于实际承担的地震力，甚至可能会使得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。

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。北侧主楼地下1层、地上11层，建筑高度为44.10m，建筑面积为32755m2，其中地上建筑面积为29107m2，地下建筑面积为3648m2，主要功能为办公＋客房。主体结构采用框架剪力墙结构，建筑安全等级为Ⅱ级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度区第二组，设计基本地震加速度是0.10g，场地类别三类，基本风压为0.45kN/m2，基本雪压为 0.40 kN/m2，地面粗糙度为B类，设计使用年限50年，框架抗震等级Ⅲ级，剪力墙抗震等级Ⅱ级，基础设计等级为甲级。其标准层结构平面布置图如下图所示。

标准层结构平面布置图

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，Ratx1、Raty1 表示 X、Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者；RJX1、RJY1表示结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度(剪切刚度)，少墙方向二者差别很大；RJX3、RJY3表示结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度(规范给予的计算方法，地震剪力与地震层间位移的比)，从表1中可以看出，模型1（按柱输入）地震作用下侧移刚度、扭转刚度、Y向剪切刚度均比模型2（按墙输入）计算结果相差很小。

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。

两种建模方法7层轴压比如表3所示。

从表3中可以看出端柱按照柱建模的计算轴压比小于按照墙建模的轴压比。

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。

刚度计算结果对比 表1

地震作用时剪重比、周期比、位移角及刚重比计算结果对比 表2

轴压比计算结果对比 表3

5 结论

框架剪力墙结构中剪力墙端部设置端柱时，程序建议按墙＋柱模型输入计算，原因是对墙平面外刚度的考虑，而这种墙采用墙元模型、端柱采用柱模型，会造成同一结构里的构件采用不同计算单元进行模拟计算，由于不同的计算单元会产生模型化差异以及相互影响的变形协调问题，会导致计算结果差异较大，因此，应注意以下几个问题：

①对于带端柱的剪力墙，程序计算时重复考虑了二者重叠的区域，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到的框剪结构中，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。