高銘

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司建筑設(shè)計(jì)院 陜西省西安市 710075）

1 框架-剪力墻的特點(diǎn)

1.1 框剪結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)又被稱為框剪結(jié)構(gòu)，主要是用來(lái)抵抗外界的水平作用力，是目前我國(guó)在構(gòu)建高層建筑物時(shí)，所廣泛采取的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為使建設(shè)功能得到滿足，建設(shè)過(guò)程可使用剪力墻結(jié)構(gòu)布置方法形成自由空間，這樣結(jié)構(gòu)的承載能力會(huì)得到改善，且承受載荷是由剪力墻和框架形成的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在此結(jié)構(gòu)中為實(shí)現(xiàn)水平方向雙向受力，主軸方向須配置剪力墻。若僅在一個(gè)方向上設(shè)置剪力墻，會(huì)引起兩個(gè)方向抗震水平作用力不平衡。從而導(dǎo)致整體框剪結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。若在兩個(gè)方向同時(shí)設(shè)置剪力墻，發(fā)生地震時(shí)，如果部分區(qū)域出現(xiàn)損壞，但剩余部分仍具有足夠的承載能力和剛度，來(lái)承受更大地震危害達(dá)到抵抗地震的作用。

1.2 框剪結(jié)構(gòu)在力的作用下的變形

框架結(jié)構(gòu)中剪力墻的變形主要分兩種情況即：橫向上的彎曲變形與側(cè)向上的剪切變形。在其結(jié)構(gòu)中，剪力墻靠下處位置變化較慢，橫向位置變化不大，對(duì)框架安全有所保證，若框架在剪力墻作用下向左移動(dòng)，光看剪力墻單獨(dú)的橫向位置移動(dòng)量要小于框剪的橫向位置移動(dòng)，但比框架單獨(dú)橫向移動(dòng)的位置大；在建筑物上部結(jié)構(gòu)中，由于框架受力作用，假使墻會(huì)偏左移動(dòng)，其移動(dòng)量大于框架單獨(dú)的橫向位置變化，且要小于剪力墻單獨(dú)的橫向位置移動(dòng)量。這樣在框架結(jié)構(gòu)受力作用影響下，最終減少框架的橫向位置移動(dòng)，使框架和剪力墻受力分布更加合理化。但由于框架在橫向上的剛度要小于剪力墻的剛度，其受到的剪切力分布也要小，而在受力變形的情況下，框架與剪力墻的剪切力分布承載量會(huì)隨著建筑物樓層的高度變化而不斷變化。

2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 抗震設(shè)計(jì)原理

當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑物破壞程度將受地震橫波與縱波影響。眾所周知，地震帶來(lái)的危害主要是地殼中能量將以振波形式傳遞到外界產(chǎn)生震動(dòng)。當(dāng)?shù)卣鸩ㄅc建筑物自振頻率相同時(shí)，形成共振，將會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生更大的破壞。但建筑物的自身阻尼會(huì)在很大程度上影響地震波帶來(lái)的晃動(dòng)，阻尼值設(shè)計(jì)的大小也能決定自身振動(dòng)幅度的大小，阻尼值大，對(duì)地震波的吸收就較大，振幅就會(huì)大幅減小，對(duì)建筑物的破壞就會(huì)越小；相反阻尼值小，結(jié)果就會(huì)對(duì)建筑物破壞程度大。因此，在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則的前提下，可最大程度的加大建筑物自身阻尼，來(lái)吸收更多的地震能量，最終達(dá)到建筑物抗震的目的。

2.2 抗震設(shè)計(jì)原則

一項(xiàng)安全可靠的建筑物設(shè)計(jì)在遇地震時(shí)應(yīng)達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的效果，才可以稱得上達(dá)到建筑物抗震的效果。因此，在進(jìn)行框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循以下抗震原則：①剪力墻的設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)應(yīng)保持連續(xù)，不得有中斷；②框剪結(jié)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)量較多、連接較復(fù)雜，因此為了保證結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)件間的連接必須可靠，保證其強(qiáng)度和延展性。

2.3 剪力墻的布置

（1）在發(fā)生地震時(shí)為了減小房屋的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，房屋的剛度中心與質(zhì)量中心應(yīng)盡量接近，這就要求剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)沿結(jié)構(gòu)單元的縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)其長(zhǎng)度和厚度的調(diào)整來(lái)做到分散、均勻、對(duì)稱。其次，應(yīng)沿兩條以上的軸線布置間距不宜過(guò)小剪力墻。另外，最好沿結(jié)構(gòu)獨(dú)立單元的周邊布置剪力墻以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

（2）剪力墻的設(shè)置應(yīng)貫通建筑物的豎向全高；在建筑物平面形狀呈凹凸?fàn)?，且較大時(shí)，在凸出部位周圍應(yīng)設(shè)剪力墻；在建筑物樓梯口，電梯間等較大洞口等處的周圍兩側(cè)，為減少水平剛度的變化，應(yīng)設(shè)置剪力墻。

（3）剪力墻的布置要盡量避免墻面有開(kāi)大洞的位置，若避免不了墻面有大洞口時(shí)，墻面各樓層間的大洞應(yīng)位于同一條垂直線上，即上下對(duì)齊，但要注意，洞口的面積占?jí)γ婷娣e的比值不應(yīng)超過(guò)1/6，每個(gè)洞口的梁高不應(yīng)小于層高的1/5，且要注意縱向上設(shè)置剪力墻不應(yīng)集中布置在建筑物的兩端盡頭部位。

（4）在保證安全的大前提下，從成本角度看，剪力墻的厚度不應(yīng)為不變的同一厚度，應(yīng)為從下到上以50mm為級(jí)差逐級(jí)減??；同時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化應(yīng)與墻厚變化區(qū)分開(kāi)。

2.4 剪力墻的數(shù)量

剪力墻的設(shè)置不是越多越好，要在符合經(jīng)濟(jì)、安全、合理的情況下設(shè)置，需滿足以下條件：

（1）為了能夠使框架-剪力墻體系的結(jié)構(gòu)特征凸顯出來(lái)，設(shè)計(jì)剪力墻承載地震彎矩值時(shí)，可按第一振型計(jì)算，其值不應(yīng)小于總地震彎矩值的50，否則應(yīng)按框架體系對(duì)待。

（2）我國(guó)地質(zhì)情況復(fù)雜，對(duì)于多地震區(qū)域和少地震區(qū)域兩者來(lái)說(shuō)樓層間最大位移和層高比的計(jì)算結(jié)果應(yīng)當(dāng)有所區(qū)分，前者一般要求不超過(guò)1：800 而后者不超 1：100。

（3）把結(jié)構(gòu)重力載荷與地震作用效應(yīng)結(jié)合起來(lái)后，對(duì)剪力墻來(lái)說(shuō)，其邊框柱的鋼筋受力不會(huì)由拉力控制，按拉力計(jì)算出的豎向鋼筋量應(yīng)小于按受壓狀態(tài)計(jì)算出的數(shù)量。剪力墻設(shè)置的多，雖然對(duì)抗震有利，但增加了剛度和使用的材料，既不經(jīng)濟(jì)，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也增加了困難。尤其是在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)剪力墻有最低的限制，即使增加剪力墻，對(duì)抗震有好處，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，會(huì)增加成本，因此，剪力墻的數(shù)量要合理。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某公共建筑地上樓層15層，地下樓層1層，地下室～2層層高5.5m，標(biāo)準(zhǔn)層高3.4m，普通層高5m。建筑抗震設(shè)防等級(jí)Ⅷ度，風(fēng)壓0.40kN/m2，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)甲級(jí)，建筑抗震設(shè)防丙類，建筑場(chǎng)地Ⅲ類，框架抗震二級(jí)，剪力墻抗震一級(jí)。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

設(shè)計(jì)基本原則：

根據(jù)設(shè)計(jì)方案來(lái)看1～2層層高為5.5m，層高較大，且空間大，因此，可以采用鋼筋混凝土框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.3 剪力墻的布置與設(shè)計(jì)

據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在負(fù)荷核定不變的前提下，選取平面較大的區(qū)域布置剪力墻，如電梯間平面，樓梯平面，這些地方要保證剪力墻的墻肢和剛度能滿足正比，因此，墻肢越長(zhǎng)，吸收負(fù)載力越大，對(duì)墻體越不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中剪力墻不宜太長(zhǎng)，且實(shí)際工程中可通過(guò)在剪力墻體上開(kāi)孔，來(lái)降低其剛度，孔結(jié)構(gòu)應(yīng)上下對(duì)齊。

樓梯與豎井通道開(kāi)洞及樓梯間地板剛度被嚴(yán)重削弱，因此不考慮樓梯板的支撐力，因此需用到剪力墻來(lái)做增加開(kāi)洞位置的剛度，且要注意，需把剪力墻圍成筒狀樣式，這樣在樓梯間、電梯位置的結(jié)構(gòu)，可保證其有能力抵抗扭轉(zhuǎn)，若想保持平面形狀中心和建筑物結(jié)構(gòu)剛心一致，在設(shè)置剪力墻時(shí)，要保證剪力墻在建筑周邊成對(duì)稱的排列。

3.4 剪力墻的連梁設(shè)計(jì)

連梁設(shè)計(jì)的存在在建筑物遇到地震發(fā)生時(shí)，首先受到震動(dòng)考驗(yàn)，大多數(shù)情況下，連梁會(huì)將地震力進(jìn)行分配化解，連梁會(huì)先受力而屈服，剪力墻的墻肢后受力屈服，這樣通過(guò)連梁的設(shè)計(jì)就達(dá)到了強(qiáng)剪弱彎的目的。在設(shè)計(jì)中，若想增強(qiáng)連梁的抗剪承載力，需要在參考整體結(jié)構(gòu)的規(guī)律下，通過(guò)調(diào)整計(jì)算模式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。

3.5 整體計(jì)算結(jié)果

通過(guò)專業(yè)計(jì)算及結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，周期比、剪重比以及軸壓比和位移比等數(shù)據(jù)均滿足各項(xiàng)規(guī)范要求，同時(shí)在考慮到結(jié)構(gòu)安全的大前提下，通過(guò)對(duì)原有結(jié)構(gòu)布置的合理優(yōu)化，另外，最大程度滿足建筑效果的情況下，做到對(duì)用鋼量的大幅降低，減少成本。

4 結(jié)語(yǔ)

安全可靠的建筑結(jié)構(gòu)要在抵御地震等自然災(zāi)害的過(guò)程中受到最小的損害就離不開(kāi)框架剪力墻結(jié)構(gòu)，而框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性又直接影響著建筑結(jié)構(gòu)的最終抗震效果，同時(shí)影響著建筑結(jié)構(gòu)的成本構(gòu)成，是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重，又是難點(diǎn)部分，因此為了確保結(jié)構(gòu)的可靠安全，在進(jìn)行框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮其抗震性設(shè)計(jì)。

[1]郭兆偉.高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2011（1）.

[2]傅學(xué)怡，邸博.基于有限基礎(chǔ)剛度的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].土木工程學(xué)報(bào)，2014（4）.