王長剛

摘 ? ?要：隨著我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，高層建筑越來越多，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)有其眾多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，本文主要分析了框剪結(jié)構(gòu)受作用力的特性，結(jié)合建筑的使用情況確定了框剪結(jié)構(gòu)的排列布置以及怎樣進行合理優(yōu)化設(shè)計，達到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：框剪結(jié)構(gòu);優(yōu)化;剪力墻布置

1 ?引言

框架剪力墻結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu)，是在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置一部分剪力墻的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢在于靈活、自由的使用空間，能夠滿足不同建筑功能的要求。但其側(cè)向剛度比較小，而建筑層數(shù)比較多時，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較大的側(cè)移，影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全，而影響使用。剪力墻結(jié)構(gòu)恰恰相反，其優(yōu)點為側(cè)向剛度比較大，水平作用下位移比較小，但剪力墻結(jié)構(gòu)的間距小，使得建筑平面布置較局限，不適用于具有大空間要求的空間布置，另外其地震力較大。由以上比較發(fā)現(xiàn)，兩者的優(yōu)缺點存在互補性，便產(chǎn)生了另一種結(jié)構(gòu)形式，即框剪結(jié)構(gòu)。其一方面具備框架結(jié)構(gòu)的平面布局靈活、有較大布置空間的優(yōu)點，另一方面具備剪力墻的側(cè)向剛度較大的優(yōu)勢，是兩者優(yōu)點的結(jié)合，這種結(jié)構(gòu)體系為高層民用建筑的布置使用創(chuàng)造了較大的空間。因此，框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系在很多地區(qū)都得到廣泛的應(yīng)用。

2 ?剪力墻旳結(jié)構(gòu)性能

在形狀方面分析，剪力墻可視為一塊豎向樓板，在抵抗豎向力方面分析，可視為拉長的框架柱，在抵抗側(cè)力方面分析，可視為豎向的懸臂梁。剪力墻類似于樓板，由于其表面積比較大，很易產(chǎn)生溫度收縮裂縫，所以剪力墻一般設(shè)置具有雙層雙向的分布筋。和框架柱相似，為了確保承受壓力的構(gòu)件在豎向力作用下具有一定延性，應(yīng)限制剪力墻的軸壓比。和框架柱對比，剪力墻在承受壓力時有下列不同之處：首先，剪力墻發(fā)揮的作用更大，所以軸壓比比框架柱要求的更加嚴(yán)格。其次，剪力墻通常比較薄，在壓力作用下很容易失去穩(wěn)定性。另外，豎向力是借助樓板作用在剪力墻上，這些力可能有一定程度的偏移，并在剪力墻上產(chǎn)生平面外彎矩，因此剪力墻的豎向分布筋不僅要承受熱應(yīng)力，而且還要承受平面外彎矩。和懸臂梁相似，剪力墻需要承受因側(cè)向力而產(chǎn)生的剪力與彎矩，從而剪力墻的水平分布筋不但承受熱應(yīng)力，還要承受剪力。

3 ?框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻的優(yōu)化布置及構(gòu)造要求

剪力墻的多少直接影響到框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和合理性。根據(jù)規(guī)范的要求，為了最大程度的發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)的特性，在結(jié)構(gòu)底部的剪力墻所承受的地震彎矩值應(yīng)大于等于地震總彎矩值的百分之五十，小于此值應(yīng)按框架體系進行處理。在框剪結(jié)構(gòu)中，主體的側(cè)向剛度受控于同一方向的各片剪力墻截面的彎曲剛度總和，側(cè)向剛度增大，結(jié)構(gòu)的水平位移隨之減小。一般情況下，依據(jù)規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)水平位移的限值確定剪力墻的多少。規(guī)范允許的框剪結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角應(yīng)小于八百分之一。與此同時，剪力墻的數(shù)量亦不宜太多，否則由地運動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用相應(yīng)加大，將使得剪力墻吸收大多數(shù)水平地溪力，進而限制了框架結(jié)構(gòu)的發(fā)揮，并且將增加成本，造成不必要的浪費。剪力墻布置與主體平面布局相關(guān)，通常是雙向布置。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻作為主要抗側(cè)力的構(gòu)件，為能使框剪結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向上都具有滿足要求的水平承載力與側(cè)向剛度，剪力墻應(yīng)均勻的布置在兩個主軸方向上，形成雙向抗側(cè)力體系。各個方向上的剪力墻布置應(yīng)最大程度做到“均勻，周邊，分散，對稱”。布置剪力墻時也應(yīng)該考慮地震力，使其分散作用在剛度大體相同的多片剪力墻上，若相對集中地布置，地震力就會集中作用，導(dǎo)致墻體的設(shè)計難度加大甚至墻體破壞，其它剪力墻與框架構(gòu)件由于較弱無法抵抗這些地震力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性受到破壞。同一方向上的每片剪力墻應(yīng)該均勻分散地布置在建筑平面各個部位，剪力墻宜避免太過集中的布置，在單片剪力墻底部所抵抗的水平剪力不宜大于在結(jié)構(gòu)底部所抵抗的總剪力的百分之四十，避免導(dǎo)致地震力對各個框架之間作用不勻稱。

4 ?框剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)階段，高層民用建筑數(shù)量在迅速增長，建筑工程造價也在不斷的升高，鋼筋混凝土的成本又在建筑的總體成本占主要地位，很多甲方為了降低成本，便對設(shè)計單位提出苛刻要求，尤其對工程中的鋼筋用量進行嚴(yán)格把控，而“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”對高層建筑在結(jié)構(gòu)形式的選擇上沒給出明確的規(guī)定，身為結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，怎樣在復(fù)雜的社會環(huán)境中站穩(wěn)腳跟，怎樣更好的執(zhí)行國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范的條文，怎樣在確保結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上進行科學(xué)經(jīng)濟合理的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，是目前我們最應(yīng)該思考的問題，這就要求我們對國家規(guī)范能理解到位，并切能對規(guī)范靈活應(yīng)用。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是分別對剪力墻與框架進行優(yōu)化，此過程包括優(yōu)化布置、初始合理選型、計算后的優(yōu)化設(shè)計。第二節(jié)已重點闡述了前兩項過程，在此不在贅述，計算后的優(yōu)化設(shè)計包括剪力墻與框架兩個環(huán)節(jié)，根據(jù)其中框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的計算分別對框架梁柱及樓板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，可以完善梁、柱、板的幾何尺寸，當(dāng)結(jié)構(gòu)中剪力墻的水平側(cè)移值達到或接近規(guī)范規(guī)定的最大側(cè)移值時，剪力墻厚度最佳，最后合成一個新的框架-剪力墻剪結(jié)構(gòu)體系，分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力，根據(jù)計算出的數(shù)據(jù)，再次對框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及剪力墻位置進行優(yōu)化設(shè)計，完善框剪結(jié)構(gòu)體系。

5 ?結(jié)語

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)因為它具有很好的受力性及適用性特點而在高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到普遍的運用，具有很多的優(yōu)勢，其結(jié)合了剪力墻和框架結(jié)構(gòu)兩大結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢。在當(dāng)下社會高層建筑數(shù)量的不斷增長的情況下，傳統(tǒng)的設(shè)計方法顯得過于保守和局限，進而突出了對框剪結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的重要性，對于減少工程造價具有指導(dǎo)意義。

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