关于框架-剪力墙结构抗震设计的探讨

摘 要：该文从框剪结构剪力墙位置的选取、数量的确定等角度，介绍框剪结构设计的要点，已寻求其安全性和经济性的最佳结合点。

关键词：框架―剪力墙；抗震；布置原则；数量

一、引言

框架―剪力墙结构体系是在框架结构体系的基础上，增设一定数量的纵向和横向的剪力墙所组成的结构体系。它将框架结构和剪力墙结构结合起来，融为一体，充分发挥框架结构体系和剪力墙结构体系的优点，使整个结构的抗侧刚度适当，并能根据水平作用的大小提供足够而不过多的承载力，所以，在高层的各种结构体系中，框架―剪力墙结构体系是一种经济有效的、应用范围较为广泛的结构体系。

二、剪力墙位置的布置原则

（一）纵、横双向布置

沿结构单元的纵、横两个方向设置剪力墙，并应尽量做到分散、均匀、对称。如果在平面上难以做到对称布置时，可以通过调整剪力墙的长度和厚度，使房屋的抗侧刚度中心尽量与结构的质量中心接近，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刚性隔墙和维护墙对结构刚度的影响。

在每个结构单元的两个主轴方向，均应沿两条以上的轴线布置剪力墙，而且两道剪力墙的间距不宜过小，最好沿结构独立单元的周边布置剪力墙，以调整整个结构的抗扭能力。抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。主体结构构件之间除了个别节点之外，不应采用铰链接。

横向剪力墙沿结构长向的间距应符合规范中规定的限值，当上方楼板有较大的洞口时，其相应的剪力墙间距应适当减小。

（二）墙、梁、柱及洞口中心线应重合

梁和柱或柱或剪力墙的中线应重合，当柱中心线不能重合时，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，不应大于柱截面在该反向宽度的1/4。如果超出该限度，可采用增设梁的水平加腋等措施。设置水平加腋后，仍需考虑梁柱偏心的不利影响。

剪力墙应避免布置于需要在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宜上下对齐，洞口的面积和墙体的总面积的比值不大于1/6。洞口的梁高不宜超过层高的20%。剪力墙不应集中布置在房屋的两尽端。同一轴线上两片纵向剪力墙的间距不宜过大。因为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越大，对结构越不利。除非额外增加温度配筋，否则构件容易因温度变化而出现裂缝。

（三）形体突变处设置剪力墙

在楼盖水平刚度急剧变化的地方，以及楼盖较大洞口（包括楼梯间、电梯间的洞口）的两侧，应设置剪力墙，但需要注意的是，切忌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。

平面形状的凹凸较大时，应在凸出部分附近布置剪力墙。为了取得较大的纵横向抗侧刚度，纵横向剪力墙最好能连接为一体，组成L形、T形或C形等结构形式。同一方向各个部位剪力墙的抗侧刚度值不宜相差太悬殊，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，不宜超过结构底部总水平剪力的40%。

剪力墙从下到上应逐级减薄，每次减去的厚度不宜大于剪力墙厚度的25%，且不宜多于100毫米，工程中常用50毫米作为级差。此外，混凝土强度等级的变化也不宜和墙厚和变化在同一楼层。当房屋的顶层为大空间结构（比如礼堂、宴会厅或舞厅等）时，剪力墙应在顶层以下两三层内逐渐减少和薄弱，以避免刚度突变带来不利的变形集中效应。

（四）单双肢墙体配合使用

在整个结构体系中，剪力墙不应全是单肢墙，应适当布置一些双肢墙或多肢墙。以避免所有抗侧力构件同时在底层屈服，形成不稳定的侧移机构。沿房屋纵向不知道的剪力墙，宜结合洞口和较弱连梁将该剪力墙分割成若干墙段，并使各墙段（包括小开洞墙段）的高宽比值不小于2。剪力墙宜贯通建筑物全高，以防止结构刚度突变。

三、合理确定剪力墙数量

（一）确定剪力墙数量的依据

在进行框架―剪力墙体系的结构设计时，首先确定结构的柱网尺寸，然后根据竖向荷载及粗略估计的水平地震作用效应，确定框架梁、柱的截面，接着确定剪力墙的数量。这是初步设计以及施工图设计截断点算前所必须做的工作。

根据工程经验，剪力墙数量的确定一般应符合下列原则，第一，为了能充分发挥框架―剪力墙体系的结构特性，剪力墙在结构底部所承担的地震弯矩值应不少于总地震弯矩值的50%，否则应按框架体系对待。第二，沿结构单元的俩个主轴方向，多遇地震作用下按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比不应大于1/800，罕遇地震作用下按弹塑性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比应不大于1/100。第三，结构的重力荷载效应和地震作用效应组合后，剪力墙边框柱的配筋不至于由拉力控制，也就是说，剪力墙受拉区的边柱，按拉力计算的竖向钢筋量，应该小于按受压状态计算出的钢筋量。

（二）影响剪力墙数量的因素

1.抗震设防烈度

设防烈度每增高一度，地震影响系数最大值将加大一倍，似乎剪力墙的数量也应增大一倍。然而，随着剪力墙数量的增多，结构抗侧刚度增大，房屋自震周期减短，地震作用将进一步增大。所以，强度每增高一度，剪力墙所需要增加的数量比一倍还多。

2.震中距

地震研究结果表明，小震级近距离地震（近震），地面运动所含短周期振波的成分较多，加速度反映谱上的周期比较短，大震级远距离地震（远震），地面运动所含长周期振波较多，加速度反映谱上的周期比较长。所以，在设防烈度相同的情况下，高楼结构即使自震周期不变，遇近震时，地震影响系数小，水平地震作用小，剪力墙所需要的数量少；遇远震时，地震影响系数大，水平地震作用大，剪力墙所需要的数量多，幅度也有所增长。

3.场地类别

即使是同一次地震，当场地条件不同时，地面运动特性也有很大的差别，建筑物所受到的地震作用也就有大有小。一般而言，薄覆盖土层和坚硬场地土上的高楼，地震反应小，厚覆盖土层和软弱场地土上的高楼，地震反应大。为使结构的变形符合要求，剪力墙数量必须增加。

参考文献：

[1]周德源，张晖.建筑结构抗震技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]方鄂华，钱稼茹.刚层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.