浅议框架―剪力墙结构设计

摘要：本文从框架-剪力墙结构的受力与变形特点出发，对框架-剪力墙结构的抗震性能、结构布置原则及地震倾覆力矩比值进行了探讨。

关键词：框架剪力墙；结构设计

1 框架-剪力墙的结构分析

在框架结构平面的适当部位设置剪力墙，二者通过楼盖协同工作，就形成了框架-剪力墙结构体系。在同一结构单元中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，起到了取长补短的作用，既能为建筑使用提供较大的平面空间，又具有较大的抗侧力刚度。因而框剪结构可应用于多种使用功能的高层建筑中。

1.1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。

1.2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。

2 框架-剪力墙结构抗震分析

2.1框架-剪力墙的抗震性能

框架-剪力墙结构比框架结构在减轻框架及非结构部件的震害方面有明显的优越性，剪力墙可以控制层间位移，减低了对框架的延性要求，简化了抗震措施。由于框架、剪力墙的共同作用，顶层高振型的鞭梢效应可以大为减轻。同纯框架结构相比，加上剪力墙后结构的耗能能力为同高度框架结构的20倍左右，剪力墙还有在强震作用下裂而不倒和事后易于修复的优点。

2.2框架-剪力墙的抗震设计

框架-剪力墙结构是具有多重防线的抗震结构体系。在大震作用下，随着剪力墙刚度的退化，框架起着保持结构稳定及防止全部倒塌的作用（二道防线），此时框架并不需考虑过大的地震作用（但亦需有一定的承载力储备），因为已开裂的剪力墙仍有一定的耗能能力，同时结构刚度的退化，也在一定程度上降低了地震作用。

大震作用下剪力墙开裂，刚度退化同时也引起了框架与剪力墙之间的塑性内力重分布，这需要对原有的内力分析结果作一些调整，赋予框架一定的安全储备，以实现多道设防的原则。

框架-剪力墙结构会推迟框架塑性机制的形成，因此框架部分不需要严格按强柱弱梁的原则进行设计。对梁柱节点的设计要求也可适当放宽。

框架-剪力墙结构抗震设计的基本思想是“强剪弱弯，强肢弱梁，可靠的楼盖”。在抗震设计时应做到以下几点：

（1）墙体受弯破坏要先于受剪或其他形式的破坏，并且要把这种破坏限定在墙体中某个指定的部位。

（2）联肢剪力墙的连梁在墙肢最终破坏前应具有足够的变形能力。

（3）与剪力墙相连的楼盖（及屋盖）应具有必要的承载力和刚度。

3 框架-剪力墙的结构布置原则

框架-剪力墙结构体系结构布置除应符合其各自的相关规定外，其框架和剪力墙的布置还应满足下列要求。

3.1 框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，主体结构构件之问不宜采用铰接。抗震设计时，两主轴方向均应布置剪力墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架的梁与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。

3.2 框架-剪力墙结构中剪力墙的布置一般按照“均匀、对称、分散，周边”的原则布置。剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位；在伸缩缝.沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。

平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。剪力墙布置时，如因建筑使用需要，纵向或横向一个方向无法设置剪力墙时，该方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件，但是，两方向在水平力作用下的位移值应接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。

剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的30%。

纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙，否则在平面中适当部位应设置施工后浇带以减少混凝上硬化过程中的收缩应力影响，同时应加强屋面保温以减少温度变化产生的影响。

楼电梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结构结合，不宜孤立地布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分。剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度的需要，否则应考虑楼盖平面变形的影响。

框剪结构中的剪力墙，宜设计成周边有梁柱（或暗梁拄）的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。

剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时，相邻楼层刚度的减弱不宜大于30%，在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的要求加强构造措施。

4 框架-剪力墙结构的“地震倾覆力矩比值”

“地震倾覆力矩比值”是指：抗震设计的框架-剪力墙结构，在规定的水平力作用下，结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值。

不同结构布置的框架-剪力墙结构在规定的水平力作用下，“地震倾覆力矩比值”不尽相同，结构性能也有较大的差别。在进行结构设计时，应根据规定水平力下的“地震倾覆力矩比值”确定相应的设计方法，并符合下列要求：

4.1 框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时，按剪力墙结构设计，框架部分应符合框架-剪力墙结构的框架进行设计。

4.2 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但不大于50%时，按框架-剪力墙结构的规定进行设计。

4.3 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，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。

4.4 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，按框架-剪力墙结构设计，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。

5 结束语

框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙起到了很好的互补作用，对于一些抗震要求较高的地区是比较适合选用的结构形式。

参考文献：

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