刍议高层框架—剪力墙结构抗震设计的技术要点

摘 要：随着我国人数的增长，由于地面面积有限，我们只能把楼房建的越来越高，随着建筑物的增高，建筑的体型也开始变化多端，高层建筑的抗地震能力变得尤为重要。而框架—剪力墙结构系正好可以解决这些问题，它可以灵活的组成各种空间，最大限度地满足建筑物的使用要求，最重要的是框架—剪力墙具有良好的抗地震能力，本文共从五点出发来分析框—剪的抗震设计。

关键词：高层；框架剪力墙；结构；抗震

中图分类号：TU97文献标识码： A

引言

科学技术随着时光的进展在不断进步着，人们生活水平也随之提高着，在这种情况下人们对自己的物质条件开始注重，其中主要表现在住房方面。由于土地资源有限，我们只能把楼房建的越来越高。而框架—剪力墙结构系以灵活的布置，最大限度对建筑物使用功能的满足及良好的抗地震的能力，广泛应用于高层建筑结构设计中。本文从五方面来分析框架—剪力墙的抗震设计。

1 高层框架—剪力墙结构的由来

框架—剪力墙结构又称框一剪结构，它是在框架结构的适当位置布置一定数量的剪力墙而成，这种结构体系既有框架结构建筑平面布置灵活，又有剪力墙结构侧向刚度大具良好抗震能力的优点。在竖向荷载作用下，框架、剪力墙各自承担所在范围内的荷载。在水平荷载作用下，框架、剪力墙通过楼板约束变形协调，共同承担水平荷载，剪力墙承担了大部分水平地震作用。框架—剪力墙结构具有良好的抗地震能力。

2 框架—剪力墙结构的设计概念

2.1 设计概念

框架—剪力墙结构是框架和剪力墙共同承担竖向和水平作用的结构体系。这种结构要求设计成双向抗侧力体系，既在结构两个主轴方向均应布置剪力墙，剪力墙需均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部，剪力墙间距不宜过大。剪力墙的数量也不宜过少，要确保剪力墙承担大部分水平地震荷载。

2.2 框—剪结构抗震设计

2.2.1 多道设防的概念

在框—剪结构体系中，由于剪力墙刚度大，将承担大部分水平地震荷载，框架则承担少量水平地震荷载。剪力墙是第一道防线，在设防地震、罕遇地震作用下，先于框架结构破坏。框架则作为第二道防线，承担着因剪力墙开裂、塑性内力重分布而转移到框架上的部分地震水平荷载。在设计时应控制剪力墙的数量，确保抗震多道设防可以实施。

2.2.2 设计方法的确定

在框—剪结构中，结构总的地震倾覆力矩由剪力墙和框架共同承担，结构底层框架部分承担的倾覆力矩与结构总倾覆力矩的比值不同，结构的受力性能、设计要求等均不同。

1当框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时，说明剪力墙布置很多，结构整体性能偏向剪力墙，按剪力墙结构进行设计，其中框架部分按框架—剪力墙结构的框架进行设计。

2当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但不大于50%时，说明剪力墙布置适中，剪力墙承担了大部分水平地震荷载。按框架—剪力墙结构进行设计。

3当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，说明剪力墙布置偏少，框架承担了大部分水平地震荷载。按框架—剪力墙结构进行设计。其最大适用高度需比框—剪结构降低，框架部分的抗震等级和轴压比宜按框架结构的规定设计。

4当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，说明剪力墙布置偏少，框架承担了绝大部分水平地震荷载。结构整体性能偏向框架，按框架—剪力墙结构进行设计。其最大适用高度需比框架结构略高，框架部分的抗震等级和轴压比按框架结构的规定设计。此种情况抗震性能差，不主张采用。

2.2.3 框架剪力的调整

框—剪结构在水平地震作用下，框架部分计算所得的剪力一般都较小。为了保证作为第二道抗震防线的框架具有一定的抗水平力能力，需对框架承担的剪力予以适当的调整。

2.3 地震变形、受力分析

2.3.1 变形状态

框架和剪力墙是两种不同的抗水平力结构，单独的剪力墙在水平地震作用下以弯曲变形为主，位移曲线呈弯曲型。单独的框架在水平地震作用下以剪切变形为主，位移曲线呈剪切型。当两者处于同一结构体系时，通过梁、楼板等水平构件的连接，协同工作共同抵抗水平地震荷载。框架—剪力墙结构的变形曲线一般呈弯剪型，在结构的下部，剪力墙的侧移小于框架，剪力墙控制框架，变形呈弯曲型。在结构的上部，框架的侧移小于剪力墙，框架控制着剪力墙，变形呈剪切型。

2.3.2 受力状态

剪力：单独框架所承受的水平地震剪力底部大，上部小。在框架—剪力墙结构中，剪力墙在底部承担了大部分地震剪力，向上迅速减小，到上部出现负剪力。框架底部承担的地震剪力较小，向上增大且较均匀。在顶部与剪力墙顶部的剪力方向相反。

弯矩：单独框架、剪力墙承担的地震弯矩底部大，上部小。在框架—剪力墙结构中，剪力墙承担的地震弯矩底部大，向上迅速减小。框架承担的弯矩沿高度逐渐减小，但各层弯矩递减的差距不大，在数值上趋于接近。.

3 剪力墙的布置原则

剪力墙的布置主要采用以下原则：a剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大。b平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。c纵、横剪力墙宜组成L型、T型等型式。d单片剪力墙底部承担的水平剪力不应超过结构底部总剪力的30%。e剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。f楼梯间、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置。g剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

4 高层框架—剪力墙结构抗震概念设计

1尽量采用规则的结构方案，对于不规则的结构方案应有相应的应对措施，不应采用严重不规则的结构方案。规则的结构体现在平面和立面形状简单，剪力墙等的刚度和承载力上下变化连续、均匀，平面布置基本对称。2结构体系要求受力明确、传力合理且传力路线不间断，并应具有必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗地震能力的能力。结构的抗震分析要符合结构在地震时的实际表现。3应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。4对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。同时防止在局部上加强而忽略整个结构各部位刚度、强度的协调。5要多道设防。框—剪结构要求在适当位置均匀布置足够的剪力墙，确保剪力墙作为第一道抗震防线承担大部分水平地震作用，确保结构体系受力、变形情况符合框剪结构的受理特征要求。结构体系应有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。结构计算时，需要考虑部分构件出现塑性变形后的内力重分布，使各个分体系所承担的地震作用的总合和大于不考虑塑性内力重分布时的数值。6构件设计应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于钢筋破坏。作为框剪结构中主要的抗地震力构件的剪力墙，延性设计要求：a强墙肢、弱连梁。b剪力墙设计要求强剪弱弯。c限制强肢和连梁的剪压比。d限制强肢轴压比

5 细部设计

框架—剪力墙结构是由框架、剪力墙结构组成，设计时应满足一般框架、剪力墙的设计要求。

5.1 框架设计

框架布置应设计成双向梁柱抗侧力体系，框架梁、柱中心线宜重合。在框架柱设计中，有目的地增大柱端弯矩设计值，体现“强柱弱梁”的设计概念。有目的的提高柱子剪力的设计值，以满足框架柱、框支柱“强剪弱弯”的要求。为了确保在地震作用下框架呈现梁塑性铰延性机制，框架梁的设计要求做到“强剪弱弯”，即梁端的斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力。梁、柱截面应进行抗弯、抗剪计算及构造设计。

5.2 剪力墙设计

剪力墙应双向、均匀、连续布置，并宜使结构两个方向刚度接近。高宽比大于3的剪力墙容易设计成具有延性弯曲破坏的剪力墙，故当剪力墙长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成高宽比大于3的墙段，分段宜均匀。为了保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够的延性，需对可能出现塑性铰的底部区域进行“底部加强区”设计，提高底部抗剪能力及延性。剪力墙应进行平面内的正截面受弯、斜截面受剪、偏心受压或偏斜受拉等承载力计算计构造设计。

6 总结

框架一剪力墙结构是抗震性能良好的结构体系。设计中，要均匀布置足够数量的剪力墙，由剪力墙承担大部分地震荷载，充分发挥剪力墙作为第一道防线具有抗侧、抗扭刚度大，小震作用下变形小、延性好、承载力大、抗震性能好的优点。要设计好框架—剪力墙结构，首先必须正确了解认识其结构特性，只有充分的理解其抗震特征，才能做好框—剪结构的设计工作。