浅述框架―剪力墙结构抗震设计

【摘要】本文介绍了框剪结构的特点，框架剪力墙结构中剪力墙的布置原则，并提出了改善框剪结构抗震性能的有关措施，框架-剪力墙结构可更好地发挥框架结构和剪力墙结构各自的受力特点，更容易满足建筑的使用功能。因此在高层建筑设计所用的各种结构体系中。

【关键词】框架-剪力墙结构；剪力墙布置原则

1框架-剪力墙结构的特点

框架-剪力墙结构兼有框架结构布置灵活、延性好的特点和剪力墙结构刚度大、承载力较大的特点。由于框架和剪力墙协同受力，在结构的底部框架侧移小，在结构的上部剪力墙的侧移减小，侧移曲线兼有这两种结构的特点，成为弯剪型。弯剪型变形曲线的层间变形沿建筑高度比较均匀，既减小了框架也减小了剪力墙单独抵抗水平力的层间变形，可以说框架-剪力墙结构综合了框架结构和剪力墙结构的优点。

框剪结构由延性较好的框架、有带边框的剪力墙、抗侧力刚度较大的井和有良好耗能性能的连梁组成，具有相对较为合理、多道抗震设防的结体系，框架-剪力墙结构可以设计成双重抗侧力体系，一般情况下，抵抗地震作用时，剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线，形成多道抗震设防结构。

2剪力墙位置的布置原则

2.1纵、横双向布置

应沿结构单元的纵、横两个方向设置剪力墙，并应尽量做到均匀、分散、对称。如果在平面上不能做到对称布置时，可以通过调整剪力墙的厚度和长度，使房屋的抗侧刚度中心尽量接近结构的质量中心，以减小地震时房屋的扭转振动。在确定刚度中心时，还应考虑砖填充墙之类维护墙和刚性隔墙对结构刚度的影响。

在每个结构单元的两个主轴方向，都要沿两条以上的轴线布置剪力墙，而且两道剪力墙的间距不应过小，以沿结构独立单元的周边布置剪力墙为宜，从而对整个结构的抗扭能力进行调整。抗震设计时，剪力墙的布置应使结构各主轴方向的侧向刚度接近，除了个别节点之外，主体结构构件之间不应采用铰链接。

2.2墙、梁、柱及洞口中心线应重合

梁与柱或柱与剪力墙的中线应重合，当柱中心线难以重合时，在计算时应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响。梁、柱中心线之间的偏心距不应超过柱截面在该方向宽度的1/4。若超出该限度，可使用增设梁的水平加腋等措施，设置水平加腋后，仍需对梁柱偏心的不利影响进行考虑。

剪力墙应避免布置在需要墙面上开设大洞位置，如需在墙体上开设洞口，各楼层开设的较大洞口应上下对齐，洞口的面积和墙体的总面积的比值不超过1/6。洞口的梁高不宜超过层高的20%。剪力墙不宜集中布置在房屋的两头。同一轴线上两片纵向剪力墙的间距不应过大。由于墙体平面内的刚度大，对其间被约束框架自由伸缩变形的限制作用强。两片剪力墙之间的框架区段越长，被约束的温度变形量就会越大，对结构越不利，这种情况下可以额外增加温度配筋，否则构件容易因温度的变化而出现裂缝。

2.3形体突变处设置剪力墙

在楼盖水平刚度急剧变化的地方，还有楼盖较大洞口（比如电梯间、楼梯间的洞口）的两侧，应设置剪力墙，但应注意的是，不能仅在洞口的一侧设置剪力墙，避免楼板被洞口严重削弱，无法抵抗地震的水平剪力。

平面形状的凸凹较大时，应在凸出附近部分布置剪力墙。纵横向剪力墙最好能连接为一体，组成T形L形或C形等结构形式，从而取得较大的纵横向抗侧刚度。同一方向各个部位剪力墙的抗侧刚度值不应相差太大，以避免水平地震作用过分集中到某一片剪力墙上。任何单片剪力墙底部所承担的水平剪力，不应大于结构底部总水平剪力的40%。

当建筑师给结构布置以灵活度时，结构工程师应当优化剪力墙的布置，剪力墙的数量不必太多，以更好的满足业主的使用要求。

3改善框剪结构抗震性能的有关措施

3.1提高剪力墙的抗震性能

将剪力墙做成四周有梁柱的带边框墙。边框（明框和暗框）可阻止斜裂缝向相邻发展，还可在墙板破坏后作承重构件代替墙板承重且有一定延性。边框应具有足够的斜截面受剪承载力，以承担因墙身通裂对边框梁柱引起的附加剪力。

控制每肢墙的高宽比。必要时可设结构洞口或结构竖缝使变成双肢墙或多肢墙，可控制裂缝和屈服部位出现在结构竖缝和洞口连梁处，形成耗能机构，同时使原剪力墙―分为二，刚度降低，避免发生剪切破坏和底部墙体过早屈服。

剪力墙的刚性连梁，其跨高比往往仅为1左右。而试验表明：当连梁的跨高比为5时，延性和耗能很好，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上，滞回曲线也相当饱满；当跨高比降至1时，延性系数则降至3左右。滞回曲线严重捏拢，耗能很小，最后弯剪破坏。因此，需要对它的组成和构造采取一定措施。

3.2提高框架的抗震性能

加强框架的角柱。角柱是连结纵横框架的枢纽，要增加框架的空间整体性，就要加强角柱的抗剪性能。

沿周圈框架平面按K形支撑和X形支撑布置―定数量的钢筋砼抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板，能有效克服框架的剪力滞后现象，显著提高框架的整体性和抗推刚度，减少结构的整体侧移，特别有利于减小层间侧移。但这种结构的延性较差，因此，可以在墙板上开十字形结构竖缝使之出现薄弱部位，形成延性耗能墙板。

3.3提高整体结构的抗震性能

实行机构控制，实现总体屈服机制。在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰。对塑性铰发生的区域、顺序及塑性程度进行控制，使得结构在强震时能形成最佳耗能机构。在水平作用下，使水平构件先于竖向构件屈服，最后竖向构件底部屈服。

使结构的刚度和承载力相匹配。在框剪结构中，如剪力墙数量多、厚度大，刚度自然也大。但会导致结构自振周期减小，总水平地震作用增大；反之刚度小，地震力也变小。所以，要根据建筑的重要性、装修等级和设防烈度来综合这一对矛盾，以确定出结构的侧移限值，从而定出抗震墙的数量、厚度，做到既安全又经济。

使结构的刚度和延性相匹配。剪力墙和框架在刚度、弹性极限变形值和延性系数方面的差异使得框剪结构的抗震性能大打折扣，造成各构件不能同步协调地发挥材料抗力而出现先后破坏被各个击破的情况，大大降低了结构中各构件的利用效率和整体的抗震可靠度。所以，协调各抗侧力构件的刚度和延性相匹配是工程设计中的一条重要抗震设计原则。

结语

框剪结构设计的是否合理，会对建筑物的安全使用与技术经济指标的高低产生直接影响。框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙起到了很好的互补的作用，对于抗震要求较高的地区是一种非常合适的结构形式。

参考文献

[1]高立人.方鄂华.钱稼茹.高层建筑结构概念设计.中国计划出版社，2005年5月

[2]戴国强.复杂地基条件高层建筑基础设计实例.建筑结构，1999（4）

[3]朱俊锋，李一帆，梅群.中震下RC高层框架、剪力墙结构失效相关性分析[J].河南科技大学学报（自然科学版）.2010（4）

[4]贾晓坤，郭雷，张凯.框架剪力墙结构地震反应pushover分析[J].山西建筑，2009（07）

[5]白云辉.剪力墙结构设计中几个问题的探讨[J].中华民居，2011（2）