框架 第6期

【摘要】本文通过结合笔者从事结构设计实践经验，针对框架——剪力墙结构设计，重点提出框架——剪力墙结构布置的技术要点，以及抗震设计的技术的措施，为同类结构设计提供参考借鉴。

【关键词】结构设计；框架——剪力墙结构；结构布置；高层结构；抗震设计

1、引言

随着时代的发展与进步，高层建筑对使用空间的要求越来越大，框架——剪力墙结构，即俗称的框剪结构，是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既有框架结构布置灵活，为建筑平面布置提供较大的使用空间，结构延性好的特点；又具有剪力墙结构刚度大、承载力大的特点，是一种比较好的抗侧力体系。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已经被广泛的应用到各类房屋建筑。

2、结构布置

框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到限制的缺点。将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系：框架——剪力墙结构体系。

框架和剪力墙组成的形式比较灵活，但剪力墙的布置也要尽量符合以下要求：（1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边、楼梯间、电梯间以及平面变化及恒载较大的部位；（2）纵横剪力墙宜形成L形、T形和槽形等形式，尽量避免出现一字墙，使一个方向的墙成为另一个方向墙的翼墙，增大抗侧、抗扭刚度；（3）剪力墙不宜设在开大洞部位；（4）抗震设计时，剪力墙的布置宜使各个主轴方向的刚度接近；（5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免造成刚度突变，形成薄弱层，剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；（6）宜对称布置，或使结构平面上刚度均匀，以减小在侧力作用下结构的扭转效应；（7）剪力墙的间距不宜过大。结构在侧力作用下，两片墙之间的楼板会产生平面内弯曲变形，如剪力墙间距较大，楼盖的变形会过大，对框架柱长生不利影响，因此要限制剪力墙的间距。

3、抗震设计

框架——剪力墙结构是一种双重抗侧力结构。结构中剪力墙的刚度较大，承担大部分层剪力，框架承担的侧向力相对较小；在罕遇地震作用下，剪力墙的连梁往往先屈服，使剪力墙的刚度降低，由剪力墙抵抗的部分层剪力转移到框架上。如果框架具有足够的承载力和延性来抵抗地震作用，那么双重抗侧力结构的优势就可以得到充分利用。

在水平力作用下，框剪结构呈现弯剪型位移曲线，层间变形趋于均匀，比纯框架结构侧移小，非结构构件破坏轻。但当结构遭遇强烈地震时，剪力墙先在其底部越过弹性变形阶段而出现裂缝进而屈服，在出现铰接部位刚度大幅度降低，刚度沿竖向发生突变，在塑性铰区发生塑性转动，从而带动上部墙体发生刚移，给与之相连的框架施加了很大的附加剪力。而此刻结构的层间位移角还远小于框架的弹性变形值，框架尚未充分发挥自身的弹性变形值，剪力墙和框架之间刚度比值的变化也会引起地震作用的重新分配，增加了框架的负担，使框架的延性降低，无法有效的担当起二道防线的作用。

因此，在结构设计阶段，将结构的弹塑性分析与抗震相结合，通过主动或被动的控制措施，调整结构的刚度、强度和质量分布，控制结构实现最佳耗能机制，以增加结构的延性和耗能力。这就要求我们抗震结构在设计时按两个阶段进行设计，即在弹性阶段按强度控制，在塑性阶段按变形控制。实际工程中，我们可以通过下面两点内力调幅，以改善框剪结构的抗震性能。

3.1 连梁弯矩折减和剪力调整

通常，由于剪力墙刚度很大，与之相连的梁端部弯矩很大，设计配筋很多，在不影响安全的情况下，为了使梁先出现塑性铰，实现“强墙弱梁”，使连梁的屈服早于墙肢的屈服，为此，可降低连梁弯矩后进行配筋。规范规定调幅是采用在计算前降低连梁刚度的做法。但折减系数不宜小于0.5.

另外，为使连梁在发生弯曲屈服前不出现脆性的剪切破坏，保证其具有良好的延性，连梁剪力需做“强剪弱弯”的调整。

3.2框架内力的调整

确定框架部分的抗震等级，得到弹性计算内力后，要在框架与剪力墙之间进行内里调整。这是因为地震作用下，通常是剪力墙先开裂，剪力墙刚度降低后，框架部分内力会增加。因此规范规定：

若框架承受的总剪力Vf≤0.2VO，则每个楼层承受的框架总剪力应增大，每个楼层的总剪力取下列两式中较小值：

Vf，max ——框架各楼层剪力中的计算最大值。

同时，框剪结构中框架部分的内里调整同框架结构一样，要做“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”调整。并增大底层柱和角柱的设计内力。

4、截面设计及抗震构造措施

框剪结构的主要承重构件有抗震墙和框架梁、柱。

（1）框架部分梁柱截面要求同纯框架结构。

（2）抗震墙的周边应设梁（或暗梁）和端柱组成边框，端柱截面宜与同层框架柱截面相同，并应满足框架柱的构造要求；柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。

（3）框剪结构的墙肢、连梁和框架柱、框架梁，其调整后的组合截面的剪力设计值都应满足剪压比限值要求。否则，应增大构件见面尺寸或提高砼强度等级。

（4）抗震墙的墙肢应满足轴压比限值要求。

（5）框剪结构中剪力墙部分的抗震构造措施。实验表明，有约束边缘构件的抗震墙同无约束边缘构件的抗震墙相比，极限承载力可提高40%，极限位移角约增加一倍，对地震消耗能力增加20%左右，且有利于墙板的稳定。因此抗震墙两端及洞口两侧应设置边缘构件。抗震构造要求详见《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010。

（6）框剪结构中框架部分的抗震构造措施同纯框架结构。

5、结语

在我国的高层建筑中，框架——剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性，其在高层建筑中被广泛应用。文章通过结合工程实践经验以及相关规范要求，对框架——剪力墙结构关键问题进行了探讨，总结出对于在实际工程中框架——剪力墙结构布置的要点。同时通过结合相关规范，总结出框架——剪力墙结构相关的技术要点，从工程实践效果上进一步探讨所采取设计措施的可行性，为同行提供参考。

参考文献：

[1]周云； 宗兰；张文芳.土木工程抗震设计.科学出版社，2007.6.

[2]方鄂华； 钱稼茹；叶列平.高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2007.1.