魏志宏

摘要：文章通過結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性，在此基礎(chǔ)上，針對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的區(qū)別進(jìn)行了分析與研究，旨在為了找出這兩種結(jié)構(gòu)型式在經(jīng)濟(jì)性和合理性上的區(qū)別，以達(dá)到結(jié)構(gòu)選型合理應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力特性；適用高度；經(jīng)濟(jì)性；實(shí)用性；區(qū)別

1 引言

自從2005年以后，一般的住宅小區(qū)建筑層數(shù)都超過10層，建筑物的總高度都在30m以上，這些建筑都屬于高層建筑。對于這些建筑，若采用一般的純框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難滿足結(jié)構(gòu)剛度、空間使用、建筑功能、經(jīng)濟(jì)性等現(xiàn)實(shí)要求。根據(jù)上述情況，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)可以解決框架結(jié)構(gòu)所遇到的問題。對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來說，可根據(jù)使用空間和不同的建筑功能要求靈活布置框架柱和剪力墻，同時由于剪力墻具有很大的側(cè)向剛度，可以滿足高層建筑結(jié)構(gòu)剛度的需求。相對而言，剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置就稍顯局促，不過亦可根據(jù)建筑平面的劃分，合理布置剪力墻；同理由于剪力墻本身具有很大的側(cè)向剛度，故亦能很好的滿足建筑物的剛度需求。本文結(jié)合筆者的工作實(shí)踐，主要論述了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的區(qū)別，僅供大家參考。

2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的簡單定義

2.1 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

所謂框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，是由框架和剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。在這種結(jié)構(gòu)中，剪力墻的側(cè)向剛度比框架的側(cè)向剛度大得多。由于剪力墻側(cè)向剛度大，因而承受水平荷載的主要部分；框架有一定的側(cè)向剛度，也承受一定的水平荷載。它們各承受水平荷載的多少，主要取決于剪力墻與框架側(cè)向剛度之比，但又不是一個簡單的比例關(guān)系。這種由框架和剪力墻兩部分共同組成的，但又同時具有框架和剪力墻受力特性的結(jié)構(gòu)型式，就稱為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

其中框架部分由梁、柱形成框架?？蚣苤刹贾糜诮ㄖ慕遣?、建筑的裝飾柱位、建筑的豎向線條位置；而剪力墻可以利用公共空間電梯井、樓梯間、管道井等部分墻體靈活布置；故可以不占用建筑的使用空間。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

用鋼筋混凝土剪力墻（用于抗震結(jié)構(gòu)時也稱為抗震墻）承受豎向荷載和抵抗側(cè)向力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)，又稱抗震墻結(jié)構(gòu)；亦可看作是指利用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，故剪力墻結(jié)構(gòu)具有很大的抗側(cè)剛度。

剪力墻結(jié)構(gòu)可根據(jù)建筑平面布置于建筑角部的外墻、建筑房間的分隔墻、公共空間電梯井、樓梯間、管道井等。相對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來說，剪力墻結(jié)構(gòu)的布置一定程度上說會影響建筑的空間使用。若業(yè)主購房后欲打掉墻體重新分隔建筑空間時，內(nèi)墻的布置就顯得尷尬，故內(nèi)墻的布置合理與否，則需要結(jié)構(gòu)工程師具有一定的前瞻性。

3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的區(qū)別

3.1 受力特性

為了說明問題，不妨先把對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)拆開成框架和剪力墻兩個獨(dú)立部分（圖1）。圖a剪力墻是一個豎向懸臂梁，在水平荷載作用下，變形曲線如圖a中實(shí)線所示，以彎曲變形為主，框架在水平荷載作用下的變形如圖b中實(shí)線所示，是以剪切形（即類似于梁的剪切變形曲線）為主的。但是，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是互相連接在一起的一個整體結(jié)構(gòu)，并不是獨(dú)立分開的，因此，它的變形曲線就不會像圖a、b那樣，而是介于彎曲型和剪切型之間的一種中間狀況。為了清楚起見，將它重畫在。a為剪力墻單獨(dú)變形的曲線，b為框架單獨(dú)變形的曲線，c為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同變形的曲線?？梢钥闯觯诮Y(jié)構(gòu)的上部剪力墻的位移比框架要大，而在結(jié)構(gòu)的下部，剪力墻的位移又比框架要小。在結(jié)構(gòu)下部，框架把墻向右邊拉，墻把框架向左邊拉，因而框架-剪力墻的位移比框架單獨(dú)的位移要小，比剪力墻的單獨(dú)位移要大；在結(jié)構(gòu)上部，與之相反，框架把墻向左邊推，墻把框架向右邊推，因而框架-剪力墻的位移比框架的單獨(dú)位移要大，比剪力墻的單獨(dú)位移要小。

3.2 建筑物高度適用范圍

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)因都布置了剪力墻，故都具有較大的側(cè)向剛度?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定這兩種結(jié)構(gòu)型式的最大適用高度限值相近（詳《抗規(guī)》表6.1.1）?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)吸收了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻是第一道防線，框架為第二道防線。剪力墻結(jié)構(gòu)由于整體的側(cè)向剛度大，能夠保證建筑物在遭遇震動時水平側(cè)移較小，從而具有較好的抗震性。但是，較大的剛度反而會使剪力墻結(jié)構(gòu)的自振周期縮短，承受的地震力較大。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)一般適用于20層左右的建筑物；而剪力墻結(jié)構(gòu)則適用于25層以上40層以下的建筑物。20層左右的建筑物，若布置成剪力墻結(jié)構(gòu)，一般而言結(jié)構(gòu)的整體剛度會偏剛；從而帶來的后果是結(jié)構(gòu)的層間位移角偏小，結(jié)構(gòu)的整體用鋼量會偏大（不經(jīng)濟(jì)，甲方有意見）。這時若盲目地企圖通過縮短剪力墻的長度來減弱結(jié)構(gòu)的整體剛度，會把一般剪力墻縮短為短肢剪力墻。由于短肢剪力墻受力性能上的缺陷，若因布置過多的短肢剪力墻從而令短肢剪力墻承擔(dān)較大的底部傾覆力矩是不允許的?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部傾覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50%（詳7.1.8條）。這時框架-剪力墻結(jié)構(gòu)就能很好的解決上訴難題。工程師可根據(jù)建筑平面的實(shí)際情況布置剪力墻和框架柱（具體如何布置，上文已有所闡述），從而令兩者組成整體的抗側(cè)向體系，同時調(diào)配好框架和剪力墻所承受的底部傾覆力矩的比例（具體詳《高規(guī)》第8.1.3條），既能滿足結(jié)構(gòu)剛度需求又能滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。25層以上40層以下的建筑物對結(jié)構(gòu)整體剛度的需求大，工程師若選用剪力墻結(jié)構(gòu)，就能充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度大的優(yōu)勢。同時剪力墻不宜過長，較長的剪力墻宜設(shè)置跨高比較大的連梁將其分成長度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3，墻段長度不宜大于8m（詳《高規(guī)》第7.1.2條），從而避免由于單幅剪力墻過長承擔(dān)過多的傾覆力矩而導(dǎo)致剪力墻混凝土壓壞。

4 結(jié)束語

本文通過對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的分析，探討了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)在受力特性以及適用高度上的區(qū)別，并根據(jù)個人的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了兩者在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上的差異，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)選型上的合理應(yīng)用。