框架剪力墙结构设计问题的探讨

【摘要】：本文介绍了框架剪力墙的结构的受力与变形，剪力墙抗侧移刚度以及数量的改进，以及框剪结构的连梁的设计问题，从结构的刚度、稳定性等进行了分析和探讨。

【关键字】：框架剪力墙；剪力墙；抗震；刚度；稳定性

Abstract: This article describes the force and deformation of the frame shear wall structure, anti-shear wall lateral stiffness and a number of improvements, as well as the frame structure of the coupling beam design problem, from the stiffness of the structure, stability, etc.were analyzed and discussed.

Key Words: frame shear walls; wall; earthquake; stiffness; stability

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

随着社会的进步与发展，建筑行业的结构设计中，框架剪力墙结构得到了广泛的应用。框架结构布置可以更加灵活，可用空间更大等优点，但同时伴随着许多结构形式的缺点，例如底部水平层间位移大，侧向刚度差等缺点。剪力墙结构布置灵活性受到限制，却有较大的侧向刚度和强度。对于一些高层来说，如果使用框架结构，势必需要加大梁与柱子的横截面积，不仅造成了材料上的浪费，而且减少了房屋的可用空间，但如果在框架的基础上增设剪力墙，结构不仅可以增强侧向抗震作用，而且一定程度上可以增加可用空间。这就使得框架剪力墙结构得到了更广泛的使用。

1．框架剪力墙的结构分析

1.1框架剪力墙结构的受力与变形

框架剪力墙结构是由两种不同的侧向受力结构所构成的。剪力墙结构如同竖向的悬臂梁，其受力形式和变形曲线与横向悬臂梁类似，和横向悬臂梁一样，梁的长度越长，受力后其边缘的位移增长速率越大。框架结构的受力形式如同受剪切力的悬臂梁，梁的长度越长，受力后其边缘的位移增长速率越小。由于剪力墙的侧移刚度大于框架，因此剪力墙所承受的侧向力要大于框架的侧向受力，同时随着高度的不同框剪结构的水平受力也不断的在调整。框架剪力墙结构承受水平力的主要部位在中上部，因此在做框架剪力墙设计时要考虑协同工作的问题，不能按照纯框架的结构形式来计算，否则会造成结构中上部安全性能低等缺点。

由于框架剪力墙结构中，框架主要以剪切变形为主，而剪力墙以弯曲为主。这就要求它们之间要有一定的变形协调，而楼板就起到变形协调的作用，但由于楼板水平刚度较大，这就要求在框架剪力墙连接处要有相同的位移来保证结构的安全。框架结构上部侧移增长速率较慢，而下部侧移增长速率较快，相反剪力墙结构上部侧移增长速率较快，而下部侧移增长速率较慢。在二者相互限制的作用下，这样对于框架剪力墙结构来说不仅可以限制上部的侧向位移，也可以限制结构下部的侧向位移，从而大大的提高了结构的安全性能。

1.2框架剪力墙的抗震性能

根据我国抗震设计规范的要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”的基本原则，当遭遇小震破坏时房屋应该处于正常使用状态，可以进行弹性反应谱进行弹性研究；当房屋处于中震破坏时，也就是房屋可修的情况，此时的状态为非弹性状态，可以通过构造要求来进行结构安全的满足；当房屋处于大震破坏时，由于房屋处于较大的非弹性破坏，因此要保证房屋不能倒塌。

2．剪力墙抗侧移刚度以及数量的改进

框架剪力墙结构中，剪力墙的抗侧移刚度往往比框架要大的多，因此剪力墙抗侧移能力的大小往往决定了整个结构的稳定。在设计中，除了要考虑结构强度外，还要考虑结构的整体刚度。因此在开始设计时，合理的选择剪力墙的数量，无论对于后期设计还是结构的合理性，都是必不可少的。

地震作用是房屋破坏的主要原因之一，对于一些高层建筑来说就不得不考虑用剪力墙结构。因此需要设计人员设计出剪力墙的合理数量。剪力墙数量过多固然结构抗侧移刚度越大，抗地震作用也就相对的较强一些。但是，当结构刚度过大时，由于周期过短，地震作用反而有可能会更加强烈，而且浪费了一定的材料。因此只从抗震方面来看，剪力墙并不是越多越好，选取合理的剪力墙数量才能达到结构稳定的优化。在地震作用中一直存在着刚性与柔性的说法，如表2-1

为满足结构稳定性的要求，对于框架剪力墙结构来说底部的抗震墙所承受的弯矩值应大于总地震弯矩值的50%。按照《抗震规范》的要求，高层建筑的弹性阶段的侧移角应小于1/800，同时应满足顶点侧移角的要求，如表2-2

3．框架剪力墙结构的连梁

3.1剪跨比不同的两种连梁

当连梁的剪跨比小于5时，竖向荷载作用下，其承受的力很小，连梁的所承受的弯矩也很小，因此不会影响配筋的作用。但在水平荷载作用下时，其所承受的剪力很大，所承受的剪切弯矩相应的也很大，容易发生剪切破坏。因此当连梁设计剪跨比小于5时，其抗震等级需要与剪力墙抗震等级相同。当当连梁的剪跨比大于5时，可按照框架结构设计。

在框架剪力墙结构中，连梁起到影响结构整体稳定性的作用，因此合理的设计连梁对于结构的安全性能至关重要。

3.2框架与剪力墙的连接方式

通常情况下，认为框架与剪力墙的连接方式有两种，一种是刚接，一种是铰接。

当框架与剪力墙的连接方式为铰接时，在设计中连梁的作用发挥不大，主要的作用需要考虑楼板的连接。但通常情况下，楼板需要开设孔洞，例如楼梯、电梯井等。所以楼板的连接就起不到很好的作用，这样剪力墙的约束就会减少，结构整体的刚度就会变小，结构的整体稳定性就得不到满足。

当框架与剪力墙的连接方式为刚接时，连梁的作用就得到了体现。其结构主要是通过连梁把框架与剪力墙进行连接的，这样连梁和剪力墙就能共同工作，使结构的整体刚度得到了保障。同时，在遇到大的地震作用下，连梁首先承受地震的作用，首先进入了塑性阶段来缓解地震作用，这样结构的整体稳定性得到了一定的满足。

结语

本文探讨了框剪结构中剪力墙的优化设计以及连梁的设计问题，希望可以和大家一同探讨。

参考文献

[1] GB 50011- 2001 建筑结构抗震设计规范[S]

[2] JGJ 3 - 2002高层混凝土建筑结构技术规程[S]

[3]刘迪, 王全凤. 框架􀀂 剪力墙结构中连梁问题的探讨[J]

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。