框架剪力墙结构中剪力墙设计探讨

摘要：框架剪力墙在建筑工程中发挥越来越重要的作用，要分析其结构特点，并研究其中剪力墙设计。

关键词：框架剪力墙结构；特点；剪力墙设计

中图分类号：S611文献标识码： A

前言

着我国国民经济不断发展对高层建筑的需求愈来愈大且高层建筑体型日趋复杂，各种不同功能的用房综合在一起组成形态各异，高层建筑给结构设计增加了一定的难度，在我国，大多数高层建筑都采用的是框架-剪力墙结构进行设计，该结构除了抗震性能优越，还能够更好的发挥建筑功能。

一、框架-剪力墙结构的特点

1、框架-剪力墙结构的变形特点

框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构所组成。这两种结构的受力特点和变形性质是不同的。在水平力作用下，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构。其变形曲线呈弯曲型，楼层越高水平位移增长速度越快，顶点水平位移值与高度是四次方的关系。框架在水平力作用下，其变形曲线为剪切型，楼层越高水平位移增长越慢。

框剪结构，既有框架，又有剪力墙，它们之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，楼板使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移必定相同。因此，框剪结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的弯剪型位移曲线。

2、框架-剪力墙结构的受力特点

框剪结构在水平力作用下，由于框架和剪力墙协同工作，在下部楼层，因为剪力墙位移小，它拉着框架变形，使剪力墙承担了大部分剪力；上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变形反而小，所以，框架除负担水平力作用下的那部分剪力以外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此，在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，但框架中仍有相当数值的剪力。框架与剪力墙之间的楼层剪力分配比例和框架各楼层剪力分布情况，随着楼层所处高度不同而变化，与结构刚度特征值直接相关。

二、框架剪力墙设计

1、剪力墙的布置

在进行剪力墙布置时，要求均匀、分散和对称以及周边。分散就是要求控制好剪力墙的数量，不能太少，而且刚度不要太大，要适中，因为刚度太大，墙承受的压力也比较大，很容易过早的被破坏，处理起来难度也比较大，很难满足施工要求。在施工过程中不要因为局部发生损坏而影响到整体的性能，要保证不会使个别墙受力太集中；连续的尺寸不要太长，抗侧力构件数量相对多一些，分散一些。周边主要是考虑建筑物抵抗扭转的能力，能够保证刚度中心与平面中心吻合。在布置剪力墙时，使其保证对称，从而大大增强抵抗扭转的内臂力，有效提高抗扭转的能力。

剪力墙布置的具置应设置在平面形状变化的位置，通常是端角和角隅等部位的应力集中处，比如高层建筑的楼梯间、电梯间以及管道井处，都在一定程度上会削弱楼板的刚度，对框架剪力墙的设计造成不良的影响，因此，在建筑工程中，可以采用钢筋混凝土剪力墙来加固这些薄弱的部位。对于剪力墙的间距，原则上是随着建筑物不断的升高，抗震设防的烈度越高，取值越小。

2、剪力墙数量的确定

在框架剪力墙结构设计阶段，柱、梁截面的尺寸可以由结构构造的要求决定。但是剪力墙的数量关系到整个结构体系的安全和经济的合理性，因为从抗震的角度来说，增加剪力墙的数量可以提升整个高层建筑物的抗震性能，但是从经济的角度来说，应当适量的减少剪力墙的数量，所以，对于剪力墙合理数量的计算要进行优化设计。剪力墙的合理数量按照许可的位移决定，在符合装修要求和框架剪力墙结构定点位移与层高的比例的条件下，适当增减剪力墙的数量。要采用结构自振周期校核剪力墙布置的数量是否合理，在地震周期短和地震力大的地方，可以适当的增加剪力墙的数量增加结构的刚度，可以根据具体的施工情况和建筑高度以及地区设防烈度采用不同的方法取值。

3、框架剪力墙结构的抗震设计

在设计框架剪力墙结构的抗震性能时，必须符合相关规程。在水平力作用下，框架剪力墙结构底层的框架部分所承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩有一个比值(以下简称力矩比值)，根据这个比值的不同，要采取不同的设计：当力矩比值小于lO％时，按剪力墙结构进行设计，其中的框架部分应按框架一剪力墙结构的框架进行设计。当力矩比值大于10％但不大于50％时，按框架一剪力墙结构设计，力矩比值在5O％至80％之间的，按框架剪力墙结构设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用。当力矩比值大于80％时，按框架剪力墙结构进行设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。

对于少墙框架结构，抗规2010版第6.1.3条第1款规定力矩比值大于50％的均为少墙框架，但高规2010版第8.1.3条第4款规定力矩比值大于80％的为少墙框架，实际工程中可按高规的规定设计；对于少墙框架的剪力墙，因其成不了第一道防线，故笔者认为无需按框架剪力墙结构计算其配筋，抗规2010版第6.2.13条第4款规定少墙框架结构的框架部分的地震剪力值宜采用框架结构模型和框架剪力墙结构模型二者计算结果的较大值采用，鉴于少墙框架规范的不确定性及具体计算的复杂性，笔者建议实际工程中少采用这种结构方案。

4、剪力墙肢截面短肢分类

按墙肢截面高度与厚度之比,剪力墙墙肢可分为一般剪力墙、短肢剪力墙、及柱形墙肢。高规JGJ3-2010规定一般剪力墙指的是各墙肢截面高厚比大于8的剪力墙,短肢剪力墙指的是截面厚度不大于300mm、各墙肢高厚比大于4但不大于8的剪力墙,而当墙肢的截面高厚比不大于4时宜按框架柱进行截面设计。一般剪力墙墙肢较长,抗侧刚度大,能承受很大的水平及竖向荷载,因此无论是整体截面墙还是整体小开口墙及联肢墙的墙肢都应优先布置一般剪力墙。短肢剪力墙因墙肢较短,有利于住宅建筑布置,可以减轻结构自重,应用比较广泛,但其抗震性能较差,地震区应用经验不多,可用于整截面墙或整体小开口墙及联肢墙的墙肢中,考虑到高层建筑的安全,其数量不宜过多,规范对其有严格的限制。因此,在结构设计中,应多布置一般剪力墙,少量采用短肢剪力墙。但一般剪力墙也不是墙肢越长越好,当墙肢高长比H/hw或剪跨比大于2的一般剪力墙,称为高墙,其受力状态为弯剪型和弯曲型,其破坏为弯曲破坏,属于延性破坏。墙肢高长比H/hw或剪跨比不大于2的,在水平地震作用下的破坏模式或为剪切破坏,或为剪弯破坏,很难避免出现剪切斜裂缝,尤其H/hw≤l或剪跨比小于l的墙肢,称为矮墙,其破坏均为剪切破坏,类似短柱,属于脆性破坏,在高层建筑中严禁采用。高规JGJ3-2010规定对于较长的剪力墙宜设置弱连梁将其分成长度交均价的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m 。

5、框架-剪力墙中连梁设计

框架-剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施:(1)对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减少其内力，满足结构设计要求。(2)若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。(3)为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙(柱)弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。(4)不宜将楼面主梁支承在连梁上。

结束语

进行建筑框架剪力墙结构设计过程中，要对剪力墙进行科学的布置，采用合理的数量，选择适当的连接方式，不仅可以有效减少重复的工作，而且可以达到预期的经济目标。

参考文献

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[2]张亮.浅议高层住宅剪力墙结构设计中应注意的问题[J].才智，2010，[3]苏国芳，王天.框架剪力墙结构设计问题的探讨[J].中国房地产业2012