框架―剪力墙结构设计中几个问题的探讨

摘要：框架-剪力墙结构在结合了框架与剪力墙优点的同时，也带来了较单纯的框架结构和剪力墙结构更加复杂的受力与变形，笔者就自己在工作中遇到的框架剪力墙结构的几个问题，结合自己的工作经验及对规范的理解，谈谈框架-剪力墙结构中组合墙的认识与应用及连梁的超限问题。

关键词：框架-剪力墙；组合墙；连梁；剪压比超限

中图分类号：S611 文献标识码： A

引言

随着经济的发展和科技的进步，人们对建筑的安全和经济效益的要求越来越高，框架-剪力墙结构的设计也在精益求精。这就要求我们设计人员在对框架-剪力墙结构有很好的理解与把握的基础上，在能很好的实现功能要求的前提下，通过对结构构件正确的受力分析和合理的配筋，达到节约资源的目的。

1、房屋结构中框架-剪力墙结构特点

1.1、框架-剪力墙的受力与变形特点

框架-剪力墙的结构组成不是单一的结构形式，它是由框架和剪力墙两种不同的结构组合而成，而这两种结构在水平荷载下的受力和变形都差异很大。其中框架以剪切型变形为主，此时楼层越高层间侧移越小，而剪力墙是以弯曲型变形为主，楼层越高层间侧移越大，通过本身平面内刚度很大的楼板把它们连在一起，迫使框架和剪力墙在楼板标高处发生共同变形。正是这种协同工作，使得框架下部变形减小，负担剪力较小，剪力墙下部变形增大，负担剪力增加，而框架上部变形加大，负担剪力增大，剪力墙上部变形减小，负担剪力减小。这样，框架-剪力墙结构中框架的剪力及变形都趋于均匀化。

1.2、框架-剪力墙结构的概念设计

在房屋中抗震设计一般要遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。一般地震的破坏力是多方向性的，所以建筑物在进行抗震设计时要在各个方向布置抗侧力构件，以抵抗水平荷载，保证结构的承载力，提高建筑物的抗震性。框架剪力墙结构中，柱子的抗剪刚度相对于剪力墙来说是很小的，柱子承担的楼层地震总剪力也是很小的，而将框架作为抗震的第二道防线，应通过调整地震剪力使框架本身具有足够的抗震能力。

2、框架-剪力墙的计算方式

在框架-剪力墙结构中，剪力墙所承受的竖向荷载，一般是通过楼面传递到剪力墙上。竖向荷载在连梁内和墙肢内产生的轴力不同，一般按照剪力墙的受荷面积进行简单计算。在水平力作用下，用二维平面分析剪力墙受力问题，同时运用平面问题求解，结合计算机，利用有限元方法计算。在工程设计中，依据具体情况进行分别设计。

3、框架-剪力墙结构问题的探讨

3.1、组合墙的认识与应用

在框架-剪力墙结构设计中，我们一般都是在计算机中建好模型，利用计算机对结构进行分析和计算。而在利用计算机进行计算，一般软件在计算剪力墙端部纵筋时，先将各种各样的剪力墙分成一个个的直线墙段，再对各个直线墙段按单向偏心受力构件进行计算，在计算结果中输出的也是直线墙段单个端部暗柱的计算配筋，对于由墙肢相交的边缘构件配筋是把各个墙肢的配筋相加得出的。对于带边框柱的剪力墙，最终边缘构件配筋是先几部分构件单独计算，一部分为与边框柱相连的剪力墙暗柱的计算配筋量，另一部分为边框柱的计算配筋量，然后叠加配筋结构，并与规范构造要求比较取大值。这样就会让一些能够发挥作用的构件没有参与计算（例如翼墙），并且两个方向同时取各工况下的最大配筋，明显与现实中有的情况不符（例如X向和Y向地震不可能同时出现），导致计算结果偏于保守，还可能会产生相邻墙体配筋相差较大，使计算结果不合理。正是基于上述原因，我们有必要对组合墙进一步的分析。

组合墙的配筋原理是假定该组合墙满足平截面假定，按照双偏压原则进行配筋计算。它的内力是通过将组合墙中的各个墙肢或柱的内力按各个工况组合向组合墙的中心转化得到的。因此在用计算机对组合墙进行计算时，我们首先要确定一组组合墙是否满足平截面假定。

《建筑抗震设计规范》中第6.2.13条第1项规定：抗震墙结构、部分框支抗震墙结构、框架-抗震墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、板柱-抗震墙结构计算内力和变形时，其抗震墙应计入端部翼墙的共同工作。第6.2.13条第3项条文说明：抗震墙应计入腹板与翼墙共同工作。2001规范规定：“每侧由墙面算起可取相邻抗震墙净间距的一半、至门窗洞口的墙长度及抗震墙总高度的15%三者的最小值”，可供参考。《混凝土结构设计规范》中第9.4.3条规定：在承载力计算中，剪力墙的翼缘计算宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10四者中的最小值。规范在进行受力计算时是以平截面假定为基础的，我们可以认为当翼墙的长度小于规范允许的计算长度时，可以将该段翼墙定义为组合墙的一部分。这样在设计时就可以将满足规范要求的定义为组合墙，按照组合墙的形式进行计算和配筋，使结果更加经济合理。

3.2、框架-剪力墙结构中连梁超限的问题

连梁作为结构的第一道防线，在地震作用下，使连梁屈服先于墙肢，在连梁端部出现弯曲屈服塑性铰，以此消耗地震能量，并且让墙肢形成多铰机构，使结构具有更大的延性。框架-剪力墙结构中，连梁与框架梁相比容易超限的原因：一方面是连梁跨度小，另一方面是连梁线刚度大，对墙肢的约束作用大，梁端的约束弯矩也大。较大的弯矩除以较小的跨度，连梁剪力较大，容易超限。而连梁的超限，一般都是剪压比超限。剪压比超限会使连梁出现脆性破坏，也就意味着地震时延性连梁的失效。因此，我们要控制连梁的剪压比，保证在地震作用下连梁能很好的发挥作用。

对于连梁的剪压比超限，我们习惯于加大连梁高度来减小连梁的剪压比。但连梁剪压比并不是随着梁高的增加而一味的降低，它是和连梁与墙肢（框架柱）的线刚度之比K相关的。当K小于1/3时，连梁的剪压比随梁高的加大而增加，随梁高的减小而降低；当K大于1/3时，连梁的剪压比随梁高的加大而降低，随梁高的减小而增加。常见的连梁线刚度相较于墙肢或框架柱的线刚度是较小的，我们可以采用减小梁高来降低连梁的剪压比，即对连梁刚度折减、减小连梁计算高度、采用双连梁的方法，也可以采用弯矩可塑性调幅或连梁的铰接处理的方法进行调整。

对连梁刚度进行折减，可以使连梁线刚度减小，对墙肢的约束作用减小，梁端的约束弯矩、梁端剪力也相应减小，以此来调控剪压比。对于刚度折减后仍不能满足要求的，我们可以局部的减小连梁计算高度，但在实际施工图中还是按原来的连梁截面，纵向钢筋按照减小后的连梁约束弯矩进行计算，这样既满足了“强剪弱弯”的要求，又使连梁的计算满足规范。对跨高比较小的深连梁，可以从中间以水平缝隔开形成“双连梁”。在结构设计中，一般是将双连梁按连梁抗剪截面面积相等的原则等效，等效连梁的宽度是“双连梁”宽度的两倍，高度和“双连梁”相等，按简单等效后的连梁截面进行结构分析计算，再根据计算结果对连梁进行配筋计算。在调幅法中，我们可以通过对梁端弯矩和剪力进行塑性调幅，但要考虑连梁内力重分布时，抗震墙的地震效应设计值要加大。在连梁的铰接处理中，我们要注意对抗震墙的包络设计，即对抗震墙按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，并按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。

结束语

框架-剪力墙结构作为当代建筑中一种重要的结构形式，在社会的发展与进步中发挥着举足轻重的作用，作为一名结构工程师，我们应在灵活运用已有成果的基础上，不断的改进和完善这种结构形式，使它更加经济适用。

参考文献

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