框剪结构范文

框剪结构范文第1篇

关键字，框剪结构 剪力墙结构 受力特点 比较

Abstract: In recent years, the frame shear wall structure became the darling of the structural design of many housing construction, and its position gradually replaced the traditional framework of the structure and shear wall structure in this article the author on the basic design of the two structures, design features, and improved prospects for comparative analysis, trying to make a more fair and objective comparison of both economic rationality.Key words: frame structure; shear wall structure; the mechanical characteristics; compare

中图分类号：O571.21 文献标识码：A 文章编号：

框剪结构和剪力墙基本设计

1.1框剪结构

所谓框剪结构，由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成的建筑结构形式，其中，框架结构为主结构，由梁、柱形成整体结构框架，主要承担竖向荷载；小部分是剪力墙，主要承担水平荷载，即可以单独设置，也可以利用公共空间电梯井、楼梯间、管道井等部分墙体。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

从基本设计目的而言，框剪结构就吸取了框架结构和剪力墙结构的长处，在框架结构中布置一定数量的抗震墙，一方面为建筑平面布置提供较大的使用空间，另一方面良好的抗侧力性能又提高了建筑整体的抗震性，因此被广泛应用与各种建筑。

1.2剪力墙结构

剪力墙结构，又称抗震墙结构，是指利用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，利用建筑的内墙或外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载，并能有效控制结构的水平力的结构体系。剪力墙一般为钢筋混凝土墙，墙体同时也作为建筑物内部的空间分隔构件，高度和宽度一般与整栋建筑相同。

剪力墙结构既可以现场捣制，也可预制装配，例如装配式大型墙板结构与盒子结构，其实也就是剪力墙结构。虽然剪力墙具有间距的限制（一般为3-8m），使得在平面空间较小建筑上设计具有局限性，而且对平面布局和空间使用也有较高要求，但是在竖向空间利用上，国外采用剪力墙结构的建筑已达70层，并且可以建造高达100~150层的居住建筑。

框剪结构和剪力墙性能比较

2.1结构稳定性比较

对于框剪结构而言，利用框架结构和剪力墙结构协同工作，上部层间和下部层间的变形承受能力相互助势，变形特点为弯剪变形,从而减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高，由于剪力墙侧向刚度本身就比框架的侧向刚度大得多，在框剪结构中，剪力墙承担主要水平荷载，一般而言，在水平荷载作用下约80%以上用剪力墙来承担，即使建筑高度的增加，整个结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力也会沿高度较为均匀地分布，结构中各层梁柱的弯矩比较接近，具有较高的稳定性。

相比之下，单纯的剪力墙结构是利用混凝土墙体来承受的竖向荷载以及水平荷载，其中剪力墙主要承受的是水平荷载，受剪受弯，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小，结构的变形为弯曲型，具有较大的侧向刚度，能够保证建筑物在遭遇震动时水平侧移较小，从稳定度而言整体具有较好的抗震性，但是，由于单纯剪力墙结构墙体本身自重大，较大的刚度反而会使得剪力墙结构的承重周期缩短，遭遇地震后惯性力较大，会对楼体整体结构破坏，并且如果应用于层距较高的建筑，高度很大的剪力墙结构并不经济。

因此就稳定性而言，框剪结构吸收了框架结构和剪力墙结构在水平荷载和竖向荷载的受力特点，整体上侧向刚度大大提高，并且随着高度增加楼层剪力被均匀分布，不会造成集中受力，在结构抗震设计中，框剪结构的剪力墙是第一道防线，框架为第二道防线，适用于各种建筑，具有较高的经济性。而单纯的剪力墙结构结构变形弯曲性，虽然侧性刚度较大，震动时位移较小，但是自重大的特点，使得震后惯性较大，不利于楼体结构的整体维护。

2.2成本比较

框剪结构的设计里包含了框架结构和剪力墙结构，因此就成本而言两种结构类型都要构建，框架结构作为主体设计，充分利用梁柱的刚接或者铰接相连接而成构成承重体系，钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；虽然由于剪力墙的加入，梁柱规格减小，便于施工，但是梁柱的成本依然所费不赀。框剪结构中的剪力墙结构可以单独设置，可以现场捣制，也可预制装配，也可以利用公共空间电梯井、楼梯间、管道井等部分墙体，而且设计过程中要注意协调剪力墙和框架结构的布置：框架结构应设计成双向抗侧力体系，框架的梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1／4；合理控制剪力墙的数量，剪力墙宜均匀，有效地控制框架、柱截面和剪力墙的位置及尺寸，单片墙的刚度宜接近，长度较长的墙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，使在水平地震力作用下框剪结构的内力和位移在一个合理的水平；若剪力墙过多，使结构刚度过大，会加大地震效应，对结构也是不合理不经济的。总体而言无论是材料成本，设计成本还是施工成本，框剪结构都需要严密计算才能达到节约的目的。

在剪力墙结构设计中，墙体构成承重体系，兼具承重和建筑体内空间分割两项构件任务，从墙体构件的施工而言，可以通过现场施工浇筑和预制装配两种形式，例如在施工之前就根据建筑要求构建好装配式大型墙板结构与盒子结构，建筑成本上而言，花费较少，对于建筑而言，即使墙体不承重，空间内部的分割，形成空间的围合也离不开墙体的浇筑，只不过是在房屋空间设计的同时兼顾剪力墙的布置，将两种构件任务用墙体一种构件来承担，而且剪力墙的体型设计原则也相对简单，只要把握强墙体，弱连梁、强剪弱弯、限制剪跨比等基本操作，就能实现延性的大大提高。从建材成本，设计成本和施工成本而言，剪力墙结构相对而言都能达到资源的有效利用，都比框剪结构要相对节省得多。

2.3实用性比较

框剪结构范文第2篇

关键词：框架结构框剪结构

中图分类号：TU323.5文献标识码：A文章编号：

1. 各层的结构布置图，包括：

（1）预制板的布置（板的选用、板缝尺寸及配筋）。标注预制板的块数和类型时， 不要采用对角线的形式。因为此种方法易造成线的交叉， 宜采用水平线或垂直线的方法， 相同类型的房间直接标房间类型号。应全楼统一编号，可减少设计工作量，也方便施工人员看图。板缝尽量为40， 此种板缝可不配筋或加一根筋。布板时从房间里面往外布板， 尽量采用宽板， 现浇板带留在靠窗处， 现浇板带宽最好≥200（考虑水暖的立管穿板）。如果构造上要求有整浇层时， 板缝应大于60.整浇层厚50， 配双向φ6@250， 混凝土C20.纯框架结构一般不需要加整浇层。构造柱处不得布预制板。地下车库由于防火要求不可用预制板。框架结构不宜使用长向板，否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板，自动布板可能不能满足用户的施工图要求，仅能满足定义荷载传递路线的要求。对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板，SP板120厚可做到7.2米跨。

（2）现浇板的配筋（板上、下钢筋，板厚尺寸）。板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。尽量用二级钢包括直径φ10（目前供货较少）的二级钢，直径≥12的受力钢筋，除吊钩外，不得采用一级钢。钢筋宜大直径大间距，但间距不大于200，间距尽量用200.（一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求）。跨度小于2米的板上部钢筋不必断开，钢筋也可不画，仅说明钢筋为双向双排φ8@200.板上下钢筋间距宜相等，直径可不同，但钢筋直径类型也不宜过多。顶层及考虑抗裂时板上筋可不断，或50％连通，较大处附加钢筋，拉通筋均应按受拉搭接钢筋。板配筋相同时，仅标出板号即可。一般可将板的下部筋相同和部分上部筋相同的板编为一个板号，将不相同的上部筋画在图上。当板的形状不同但配筋相同时也可编为一个板号。应全楼统一编号。当考虑穿电线管时，板厚≥120，不采用薄板加垫层的做法。电的管井电线引出处的板，因电线管过多有可能要加大板厚至180（考虑四层32的钢管叠加）。宜尽量用大跨度板，不在房间内（尤其是住宅）加次梁。说明分布筋为φ6@250，温度影响较大处可为φ8@200.板顶标高不同时，板的上筋应分开或倾斜通过。现浇挑板阳角加辐射状附加筋（包括内墙上的阳角）。现浇挑板阴角的板下宜加斜筋。顶层应建议甲方采用现浇楼板，以利防水，并加强结构的整体性及方便装饰性挑沿的稳定。外露的挑沿、雨罩、挑廊应每隔10～15米设一10mm的缝，钢筋不断。尽量采用现浇板，不采用予制板加整浇层方案。卫生间做法可为70厚+10高差（取消垫层）。8米以下的板均可以采用非预应力板。L、T或十字形建筑平面的阴角处附近的板应现浇并加厚，双向双排配筋，并附加45度的4根16的抗拉筋。现浇板的配筋建议采用PMCAD软件自动生成，一可加快速度，二来尽量减小笔误。自动生成楼板配筋时建议不对钢筋编号，因工程较大时可能编出上百个钢筋号，查找困难，如果要编号，编号不应出房间。配筋计算时，可考虑塑性内力重分布，将板上筋乘以0.8~0.9的折减系数，将板下筋乘以1.1~1.2的放大系数。值得注意的是，按弹性计算的双向板钢筋是板某几处的最大值，按此配筋是偏于保守的，不必再人为放大。支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大，否则将对梁产生过大的附加扭距。一般：板厚>150时采用φ10@200；否则用φ8@200.PMCAD生成的板配筋图应注意以下几点：1.单向板是按塑性计算的，而双向板按弹性计算，宜改成一种计算方法。2.当厚板与薄板相接时，薄板支座按固定端考虑是适当的，但厚板就不合适，宜减小厚板支座配筋，增大跨中配筋。

（3）关于过梁布置及轻隔墙。现在框架填充墙一般为轻墙，过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。应注明采用的轻墙的做法及图集，如北京地区的京94SJ19，并注明过梁的补充筋。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。不建议采用加气混凝土做围护墙，装修难做并不能用在厕所处。

（4）雨蓬、阳台、挑檐布置和其剖面详图。当顶层阳台的雨搭为无组织排水时，雨搭出挑长度应大于其下阳台出挑长度100，顶层阳台必须设雨搭。挑板配筋应有余地，并应采用大直径大间距钢筋，给工人以下脚的地方，防止踩弯。挑板内跨板跨度较小，跨中可能出现负弯距，应将挑板支座的负筋伸过全跨。挑板端部板上筋通常兜一圈向上，但当钢筋直径大于等于12时是难以施工的，应另加筋。

（5）楼梯布置。采用X型斜线表示楼梯间，并注明楼梯间另详。尽量用板式楼梯，方便设计及施工，也较美观。

（6）板顶标高。可在图名下说明大多数的板厚及板顶标高，厨厕及其它特殊处在其房间上另外标明。

（7）梁布置及其编号，应按层编号，如L-1-XX，1指1层，XX为梁的编号。柱布置及编号。

（8）板上开洞（厨、厕、电气及设备）洞口尺寸及其附加筋，附加筋不必一定锚入板支座，从洞边锚入La即可。板上开洞的附加筋，如果洞口处板仅有正弯距，可只在板下加筋；否则应在板上下均加附加筋。留筋后浇的板宜用虚线表示其范围，并注明用提高一级的膨胀混凝土浇筑。未浇筑前应采取有效支承措施。住宅跃层楼梯在楼板上所开大洞，周边不宜加梁，应采用有限元程序计算板的内力和配筋。板适当加厚， 洞边加暗梁。

（9）屋面上人孔、通气孔位置及详图。

（10）在平面图上不能表达清楚的细节要加剖面，可在建筑墙体剖面做法的基础上，对应画结构详图。

2. 基础平面图及详图：

（1）在柱下扩展基础宽度较宽（大于4米）或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。

（2）当基础下有防空洞或枯井等时，可做一大厚板将其跨过。

（3）混凝土基础下应做垫层。当有防水层时，应考虑防水层厚度。

（4）建筑地段较好，基础埋深大于3米时，应建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸以利于防水。每隔30~40米设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力（尤其是在周围有建筑时有用），减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。

（5）地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。

（6）抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝，连接处应加强。但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。

（7）新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础之间的高差的1.5至2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。

（8）独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的柱做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大，必要时可作成三面支承一面自由板（类似筏基中间开洞）。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。

（9）采用独立柱基时，独立基础受弯配筋不必满足最小配筋率要求，除非此基础非常重要，但配筋也不得过小。独立基础是介于钢筋混凝土和素混凝土之间的结构。面积不大的独立基础宜采用锥型基础，方便施工。

（10）独立基础的拉梁宜通长配筋，其下应垫焦碴。拉梁顶标高宜较高，否则底层墙体过高。

（11）底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。

（12）考虑到一般建筑沉降为锅底形、结构的整体弯曲和上部结构和基础的协同作用，顶、底板钢筋应拉通（多层的负筋可截断1/2或1/3），且纵向基础梁的底筋也应拉通。

（13）基础平面图上应加指北针。

（14）基础底板混凝土不宜大于C30，一是没用，二是容易出现裂缝。

（15）可用JCCAD软件自动生成基础布置和基础详图。生成的基础平面图名为JCPM.T，生成的基础详图名为JCXT。T.

（16）基础底面积不应因地震附加力而过分加大，否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大，本末倒置。

参考文献:

[1] GB 50010—2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

框剪结构范文第3篇

1现场检测鉴定

1．1外观普查(1)屋面系统:屋面排水基本通畅;屋面防水基本无老化、鼓泡、开裂、腐蚀或局部损坏。(2)墙体基本完好，局部抹面有剥落和收缩裂缝，地下室存在局部漏水现象。(3)门窗:门窗框、扇基本完好。

1．2结构作用的调查核实为摸清该建筑的实际作用分布，重点对该住院楼各楼层进行了使用功能调查。

1．3钢筋位置、直径、数量及保护层厚度的复核对具有检测条件的B轴和1－2轴混凝土中柱采用钢筋位置测定仪进行了现场检测，结果见表1。检测结果表明，所有被检测柱的钢筋数量、直径、保护层厚度及箍筋间距与原设计图纸基本一致。

1．4混凝土强度和钢筋检测该住院楼第一次设计(－1层至地上2层)为1985年，其混凝土均为现场拌制混凝土，且其构件混凝土强度等级仅有C23和C28两种(1层和2层缺少资料)。第二次设计(3～8层)混凝土强度为:C25(5层及以下)和C20(6层以上)。本次混凝土强度评定采用“取芯法”，主要针对－1层至7层;钢筋采用钢筋扫描仪进行检测。检测发现，实际的钢筋数量、位置、直径、保护层厚度等与设计图基本相符，混凝土强度与设计值有所不同(见表2)。

1．5建筑物沉降、倾斜观测

1．5．1偏移量计算原理根据矢量平行四边形合成法则，位移矢量倾斜值E的计算公式为:

1．5．2建筑物点位示意图建筑物点位示意图见图2。规范规定允许倾斜偏差E≤30，允许倾斜度I≤0．003。

1．5．3各测点位移、倾斜度计算建筑物各测点的位移、倾斜量、倾斜度、倾斜偏差见表3。由表3可见，住院楼各测点的位移及倾斜度均满足现行相关规范的要求。

1．5．4各测点高程相对平整度各测点高程相对平整度数据见表4。由表4可见，住院楼两侧各测点高程相对平整度数据各自的最大值与最小值之差≤50mm，符合现行规范要求。

2室内试验

2．1混凝土强度试验钻芯法是检测混凝土构件强度最重要的手段之一，属于半破损法。本次试验共取芯样40个，得到有效试验数据38个，满足原设计混凝土强度等级的为35个，占92．1%。具体结论如下:(1)地下1层和2层所取的12个芯样均试验顺利并得到有效数据。12个芯样试件中，1号芯样的混凝土强度换算值略小于原设计混凝土标号250级(C23)，相差13．0%，其余芯样的混凝土强度换算值均大于原设计混凝土标号250级(C23)和300级(C27)。(2)地上1层和2层所取的8个芯样均试验顺利并得到有效数据。8个芯样试件中，18号和20号芯样混凝土强度换算值略小于C25，最大相差10．8%，其余6个芯样的混凝土强度换算值均大于C25。(3)地上3～7层所取的20个芯样，除了34号和39号芯样在取芯过程中破坏外，其余芯样均试验顺利并得到有效数据。18个芯样试件的混凝土强度换算值均大于原设计混凝土强度等级C25或C20。

2．2钢筋试验为了检测钢筋强度，同时避免在检测过程中对原有结构造成损失，取雨篷板钢筋作为检测对象。结合甲方提供的有关施工资料可知，钢筋的化学成分和力学性能合格且满足设计要求。

3鉴定结果分析

现场检测和室内试验结果表明，原有结构的整体性能良好。通过后期对加层加固的可行性分析，最终确定了“8+1+5”的加固加层方案。后期的论证表明，采取先加层后加固的施工顺序是可行的。

4结论

4．1检测鉴定时，必须对原有结构进行全面细致的检查，做好结构的外观检查、作用核实、结构传力途径、结构材料检测与强度试验、结构沉降和倾斜观测等工作，同时应详细记录、综合分析，做到心中有数。

4．2由于原有结构平面布置不规则，设计阶段较为复杂，原有结构部分图纸和材料缺失，设计和施工标准及规范多次变更等不确定因素较多，使得检测方案的确定及检测数据的处理显得尤为重要，并直接决定了检测鉴定工作的准确性和科学性。

4．3检测鉴定为后期加层加固的可行性分析和方案确定提供了重要参考资料。目前，该建筑加层加固施工已完成两年并投入使用。通过后期的检查和测试，加层部分达到了原有的设计要求，有较强的适用性。

框剪结构范文第4篇

【关键词】框剪结构；优化设计；措施；内力分析

框剪结构是一种框架结构和剪力墙结构组成的结构体系。框剪结构在建筑设计中由于拥有较大的平面空间，其抗震性和整体性能都相对较为良好，因此在建筑中得到非常广泛的应用，适合用于很多大型高层公共建筑设计。目前来看，这种结构能够更好的发挥其应有的优势，并且为建筑提供了更好的设计方案，但是在实际设计当中，依然存在着种种问题，需要更好的解决。

1、基本概况

1.1结构承重体系设计

结构承重体系设计需要根据不同的环境来进行，在设计中，裙房部分要考虑荷载效应的发生，主楼的部分也要考虑竖向的荷载效应，同时对于水平地震作用下产生的荷载效应也要加以重视。因此裙房结构需要采用混凝土框架结构的形式，而主楼采用框架一剪力墙承重结构体系。

由于主楼的抗侧力构件是重要的部分，在设计中剪力墙要承担主要水平荷载，同时框架承担少部分水平荷载作用和大部分的竖向荷载作用。如果要提高主楼的抗扭能力，在设计中要加强剪力墙和楼梯主楼结构的相互位置，其中主要要注意建筑结构设计的变形限值，将其进行综合匹配，以刚度、承载力和延性来进行综合。

1.2建筑缝的处理设计

建筑缝的处理设计是通过主楼和裙房之间的连接部分来进行设计的。由于主楼和裙房有着本质的不同，两者连接处需要设计出防震缝和沉降缝。防震缝的设计是为了减少主楼和裙房之间出现较大的缝隙，从而增加裙房的防水难度，结构设计的过程中，也需要将主楼和裙房看做一个整体的设计方案来进行设计计算。而沉降缝的部分是主楼按照实际的需要，将主楼基础设计成桩基础，与此同时，裙房的基础设计成柱下条形基础，二者在调整彼此间的不均匀差，从而保证设计的合理性。这也是建筑缝最常见的处理设计方式。

2、结构优化设计策略

高层的建筑结构设计中，采用较多的方式是钢筋混凝土框架一剪力墙结构，这种体系的建立有效的提高了框架结构的灵活性，并且更好的提升了使用空间，使建筑更为优质。由于剪力墙结构的整体性相对较好，因此也保证了建筑结构的完好。在一定条件下，采用框架结构设计能有效的提高水平变形曲线能力。然而钢筋混凝土一剪结构具有多种效果，从力学的角度来进行分析的话，存在着一定的难度，进行设计优化设计也难以完成。因此，及时国内外很多的专家进行了多种实验，但框剪结构中依然存在着很多难以解决的问题，解决在这些问题，对于提高工程质量和科学的发展也有着重要的意义和积极的作用。

2.1框架结构的分部优化设计技术

钢筋砼框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关，还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋砼框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意结果。

钢筋砼框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：

（1）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸；

（2）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋砼结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力；

（3）截面优化设计：截面优化设计是对优化的结果进行控制的过程，设计过程中，保证其整体设计方案的准确性，提高设计质量是关键的步骤；

（4）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

2.2框—剪结构的三阶段优化设计策略

框—剪结构的设计主要涉及三个方面的优化问题：一是结构最优设防水平的决策，二是框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计，三是框架—剪力墙结构构件的优化设计问题。

高层框—剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题，主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计，因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里，我们将框）剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行，对不同阶段的不同问题，采取不同的优化准则进行优化设计。

（1）第一阶段：最优设防水平Id的优化决策

以地震的危险性为前提，分析地区地震的相关强度，从而评测出相应的结构优化方案，在进行设计前，将相关的数据进行综合评测，从而把设计方案综合在内。

（2）第二阶段：剪力墙构件的优化设计

剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合，可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此，可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。

（3）第三阶段：框架结构的优化设计

框架结构的优化设计准则是一个结构准则，在一次整体分析完成之后，可按照前述方法对框）剪结构中的框架部分进行优化设计。

3、结论

综上所述，框剪结构存在着框架和剪力墙结构的特点，融合了二者之间的优势，其效果也得到了更好的互补，如果涉及合理的话，优势将会更为突出，对于建筑物整体性能的提高有着重要的作用。所以，我们在进行研究的过程中，要进行综合的考量，设计时要在整体的情况下进行结构的布置，从而分析出其中的优势和不足，以便更好的进行调整，使建筑的受力充分的均匀，这样不仅保证建筑质量，同时也有效的提高了经济效益，对于我国建筑业未来的发展也有着积极的促进作用。

参考文献

[1]耿超.浅析某高层框剪结构设计优化措施[J].建筑知识：学术刊，2011年第12期

框剪结构范文第5篇

【关键词】框剪结构；转换层；建筑

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

0.引言

随着我国建筑行业的发展，多功能、体型复杂已经成为我国建筑的特点。在复杂的结构体系中，框剪结构结合了框架结构与剪力墙结构的优点，框架主要是用来承担竖向载荷，剪力墙主要用来承载水平荷载。从结构受力的情况看，因为建筑结构的下部楼层受力较大，而上部楼层受力小，建筑的正常需求为下部刚度强，柱网密，到建筑上部时逐渐减少墙与柱的量[1]。由于结构受力角度的要求和空间的要求与建筑功能是相反的，为了满足建筑功能的需求，就需要对结构进行“反常规设计”。为了保证结构布置的内力拥有稳定的传力途径，就需要在结构转换的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。

1.框剪结构概述

框剪结构又被称为框架-剪力墙结构。框剪结构是由框架机构以及剪力墙机构两种体系构成，具有良好的抗侧力性。该结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，足够数量的剪力墙使建筑本身拥有相当大的刚度。主要适用于水平荷载较大以及平面布置较为繁杂的高层建筑中。

2.转换层对于框剪结构的受力影响

2.1高度对框剪结构的影响

首先是转换层高度变化对于框支剪力墙结构的剪力分布以及传利途径产生的影响。当转换层处于较高的位置时，促使剪力分布突变剧烈的原因为单片落地剪力墙的转角会跟随转换层位置的提升而加增大，单片框支剪力墙的变形曲线会跟随转换层位置的提升呈现出转折，使转换层的下部框架变形曲线和转换层上部剪力墙变形曲线产生差距。落地墙与框支墙的变形能够通过弹性楼板的协调而逐渐接近，最终导致剪力的分布出现突变。此时可通过调整转换层下部落地剪力墙等减小转角，降低剪力分配突变的问题。

其次是转换层高度的变化对于框支剪力墙结构在转换层附近刚度突变产生的影响。转换层在3层以上时，很容易使框支剪力墙结构在转换层临近层间的位移角产生突变。控制转换层下部的框架-剪力墙结构的等效刚度与相同高度剪力墙相等，因此，对于转换层位置较高的框支剪力墙结构来说，控制等效刚度是非常重要的。

第三，较高转换层的框支剪力墙容易产生薄弱层。在设计的过程中，对于底层框支剪力墙结构体系来说，其应当具备基本的抗震设计理念，保证底层结构的强度以及刚度，促使结构在发生地震的情况下屈服发生在转换层以上的剪力墙结构，底层结构不会屈服，只会产生一些少量的裂缝[3]。当转换层位置在较高的情况下，很容易使框支剪力墙结构在转换层附近的传力途径、刚度以及内力产生突变，形成薄弱层，不能有效的抵抗地震，因此在设计的过程中应当控制转换层的高度。

第四，转换层高度的变化会对框支剪力墙结构的传力途径以及结构倾覆力产生影响。倾覆力矩分布曲线会在转换层位置进行转折。转换层下部主要是以剪力墙为主，落地剪力墙的倾覆力矩是由转换层向下递增的，而支撑框架的倾覆力矩的递增量却较小。

2.2刚度对框剪结构的影响

经研究发现，当剪力墙刚度的衰减程度达到43%-49%时，整体剪力墙竖向配筋能够保持不变（主要由构造配筋率决定），而剪力墙水平分布筋的配筋率大约只能增加8.1%-9.9%，总框架的配筋率能够增加6.0%-6.8%[3]。在经验设计的范围内，上述配筋率的增加较少，而此时剪力墙混凝土的使用量会大大减少。剪力墙的刚度突变会使剪力墙以及范围内梁柱的配筋率增加，在转换层内凸现出来。但距离转换层较远时，产生的影响会逐渐减少，还可能改善抗震性，这是由于刚度的降低会促使地震反应减少。为了保证建筑下部整体结构具有合适的抗震性、强度以及刚度等，应当考虑增加转换层下部主体结构的刚度，尽量减小转换层上部结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的变形特征以及刚度相似。通常情况下，上下层的刚度比应当接近1，且不能大约2，如此便可避免竖向的刚度过于悬殊而导致地震反应强烈，同时也可以通过提升下部空间的混凝土强度，或者加大剪力墙的厚度等措施来控制刚度比。

3.设计要点控制策略

在设计的过程中，首先需注意对高位转换框支柱的处理。因为框支柱的配筋、内力以及轴压比要求都非常严格，关系到经济以及安全等问题，因此需要严格注意。通常情况下，框支柱应当控制在四到五层内，且不能大于七层，而另外的柱应当按照框架柱处理。目前对于转换层的设置通常在三到五层，则转换层下的柱应当按照框支柱进行处理。

其次需注意厚板转换层。目前多数商住楼的上层结构轴线还未统一，转换梁无法设置，此时就会设置厚板转换层，厚度约为2-2.4m。假若发生地震，厚板集中了很强的刚度以及质量，反映将会非常强烈，板身承受力较大，且相邻的上下层也会出现震害。因此在竖向力以及地震力的作用下，板可能会出现剪切破坏，因此，板内需要三厢配筋。且厚板转换层的施工较为复杂，造价较高，应当谨慎使用[4]。

第三，需优化配置。在进行抗震设计的过程中，建筑功能需要进行高危转换，转换的结构应当采用不能引起框支柱柱顶弯矩过大或者柱剪过大的结构，可选择宽扁梁以及斜腹杆桁价等，要注意满足强度和刚度来避免出损坏情况的出现。

第四、需控制转换的次数。在对转换层上下主体竖向结构进行布置时，要尽量的将上下主体竖向结构布置出连续贯通的形式。对于核心筒框架要进行严格的控制，核心筒应当保持上下贯通。

第五、需注意轴压比限值与短柱。运用转换层后，高层建筑底部的柱子将会承受上部结构的荷重。因为柱矩会受到建筑功能的影响，柱截面还需满足轴压比和上下层剪切刚度比的需求，所以柱子采用了不利于抗震的短柱。由于大幅度增加层高不能实现，因此在设计中需要对其严格注意。

第六、注意传力的需求。在对转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构直接传力，避免复杂转换、不合理、对抗震不利以及不经济的厚板转换。剪力墙的结构应当设置在托梁的中面上，以免托梁出现大的扭矩和地震发生时出现震害。因此应当注意剪力墙托梁的偏心以及间接传力。

4.结语

在对建筑进行设计的过程中，需要从经济、安全以及使用功能等方面进行考虑，转换梁刚度值以及转换层安置的位置以及形式都是非常关键的。在对结构进行分析的过程中，必须严格注意转换层垂直所带来的影响，以及转换层结构、变形和剪切度对结构所产生的影响。在工程造价允许的情况下选择受力明确以及传力直接的转换层结构形式，这样才能最大限度的保证转换层的稳定性，提升建筑质量。

【参考文献】

[1] 冯兴,张瑞云,王慧东,庄园方，李全新. 转换层位置对高层建筑结构地震反应影响的研究[J]. 国防交通工程与技术. 2006(04)

[2] 熊进刚,吴晓莉,程文瀼,陈礼建,杨建明. 有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J]. 工业建筑. 2001(06)

[3] 梁炯丰,杨泽平,李建海，包媛媛，张静林. 侧向刚度对高位拱式转换层结构抗震性能的影响[J]. 世界地震工程. 2010(02)

框剪结构范文第6篇

关键词：高层框剪结构；设计问题

前言

高层框剪结构是高层框架――剪力墙结构的简称；这样的结构体系由框架结构和剪力墙结构体系共同来组成。这样的结构不仅能够提供比较大的平面空间给建筑来使用，同时期抗抗侧力刚度也比较大，在多种使用功能的高层办公、饭店、公寓、住宅、实验楼和病房楼等建筑中被广泛的运用。在设计高层框剪结构通常会忽略掉很多的问题，比如说没有详细的考虑结构方案，设计出来的施工图相对粗放，造成浪费和不合理。因此本文对看高层框剪结构的设计展开分析。

1、工程概况

本工程为某高层住宅工程，结构类型采取框剪结构，建筑层数为 28层，建筑面积为45368m平方。施工工期从2013年12月1日至2014年8月29日。工程采用桩基础工程，预应力混凝土管桩为C80，单桩承载力分别为 1850、1350kN。工程所采用的楼板厚100～150mm，构件所采用的混凝土设计强度等级为C25～C45。

2高层框剪结构的受力和变形特点

2.1高层框剪结构受力的特征

框架结构是由梁柱线性杆件组成的一种结构，在侧向力作用下，框架的受力特点相当于竖向悬臂梁，其变形呈剪切型变形，故其水平力按照各框架的抗侧刚度呈D比例分配。剪力墙类相当于一个竖向悬臂弯曲结构，在剪力墙结构中的变形是弯曲形的变形，所有抗侧力构件均有很大的抗弯曲刚度，其侧移变形都是类似的。

高层框剪结构由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成，在相同的结构单元中，两者是通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起的，因而在同一楼层产生的位移相等。由于框架与剪力墙协同工作，在水平力作用下，框剪结构下部楼层因剪力墙小，因而使剪力墙承担了大部分剪力；相反，在上部楼层剪力墙位移越来越大，而框架的变形反而越来越小，所以框架除了负担水平作用下的那部分剪力之外还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，框架承担的剪力也是不容忽视的。

2.2高层框剪结构体系的变形特点

在水平力作用下，框剪结构体系的侧向位移与其刚度特征值λ有关。

Cf=框架总剪力刚度Cf=∑D・H；EIW―――剪力墙的弯曲刚度。当λ≥6时，也就是说框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值较大时，或者说框剪结构的剪力墙数量很少时，其侧向位移呈现剪切变形。当λ=1-6时，侧向位移曲线介于弯曲与剪切变形之间，随着λ值的增大，剪力墙抗弯曲刚度与框架的总剪力刚度比相对薄弱，即框架承担的荷载相对增加，体系的变形曲线就接近总框架变形曲线。当λ≤1时，也就是说框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值较小时，或者说或者说框剪结构的剪力墙数量很大时，其侧向位移呈现弯曲变形。

3合理布置高层框剪结构中的剪力墙

3.1布置剪力墙的位置

布置剪力墙的位置应符合以下要求：

横向剪力墙宜尽量均匀对称设置在建筑物端部附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处和竖向荷载较大的地方。纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。剪力墙的间距不宜过大。

3.2布置剪力墙的数量

在满足规范规定的位移限值条件下，剪力墙数量应尽量减少，但也不能过于小，并能充分发挥框架承担0.2Vo楼层总剪力的作用，这样结构的地震反应相对小，且做到经济合理；在这样确定了剪力墙数量之后，还应验算结构的自振周期T，结构的自振周期避开场地的卓越周期，通常情况下一般能过满足，但这一点是不可以忽视的一个问题。

3.3框剪结构的结构布置

3.3.1平面布置

建筑抗震性能的关键是建筑的总体性布置，设计的建筑各结构单元平面形状要尽量简单，避免立面体型太大范围的伸出或收进，均匀对称的布置整体结构。布置平面时要尽可能的把荷载合力中心跟刚度中心重合起来，或者是尽可能的互相靠近，避免出现显著的扭转；每片墙肢长度不应过长，在同刚度情况下多布置一些墙片，使得受力分散；在实践过程中，控制单肢墙片的长度控制在6米之内，采用开施工计算洞口的措施对过长的墙肢或刚度大的剪力墙化小单元，连结连梁把延性提升，在计算中其效果也比较好；在设计中剪力墙的间距时，要满足规范的限值，这样才可以避免楼板在自身平面内出现太大的变形过；为了提高结构单元抗扭转的能力，剪力墙尽量靠周边设置，这一点通常比较容易做到。

3.3.2竖向布置

竖向布置高层结构的时候侧向刚度要非常均匀，沿高度结构，从下往上慢慢降低构件的截面，避免突变；我国相关的标准有明确的规定相邻楼层刚度变化不能大于百分之三十，慢慢的降低了连续三层刚度之后，前刚度降低要不能低于百分之五十。在框剪设计中要重视这些措施，如果在设计过程中，要求顶层的抽墙和柱形成大空间，处理时要非常慎重，采取相应的加强措施。

3.3.3布置填充墙

在布置平面和竖向时，不能无视总体性方面，填充墙刚度对框剪结构的影响。要均匀和对称的来布置；而且采用轻质新型材料运用到高层框剪结构中，这样的话可以吧建筑物的自重降低，同时还能把总体性刚度的影响降低。

4高层框剪结构应用中应注意的问题

在设计抗震性能时，通过框剪结构框架需要承担的一部分总倾覆力矩来测定建筑的抗震级别，使用的高度，如果框架承担部分倾覆力矩是完全性的，那么框剪结构的抗震级别，使用的高度都符合了要求，如果框架部分承担倾覆力矩为零，那么就需要加强框剪结构的抗震级别，使用的高度等设计。

运用概念设计的理念来进行设计，加强薄弱环节部分的设计。因为由于剪力墙抗侧力的主要构件需要承担的水平剪力很大，所以在设计剪力墙时要符合最基本的构造标准，要具有最低限度的强度和延性。对嵌固层的位置要按照地下室结构刚度的情况来进行确定，而且还要对地下一层与首层的刚度差别进行关注，具有不确定性，所以不能对上部结构的嵌固位置进行简单地正负零选定。嵌固的其楼板刚度也要符合标准，而且楼板的厚度要大。

连梁剪跨比要超过1.0，如果剪跨比太小，通过水平缝把连梁分隔成两根等高连梁；在实际的的设计过程中，要考虑梁端抗弯配筋量，和钢筋的超强效应等，通过综合的设计使得连梁的受弯承载力比受剪承载力小。框架梁和箍筋满足了框剪结构的基本要求之后，围护结构和隔墙墙体材料要选用轻质的材料。

本工程鉴于属于高层建筑而且工程量较大，对施工现场的安全管理措施尤其看重。因此，本工程专门建立健全组织机构并配备合格安全员，制定各项安全管理措施。施工人员进入现场时必须三级安全教育，教育率达到100%。电工、电气焊工、架子工等特种作业人员必须经过专业培训，取得合格证书后方允许操作。脚手架在搭设、使用和拆除过程中的安全措施详见《脚手架搭拆施工方案》。

5结束语

总之，高层框剪结构具有相应的结构优势，但是还是存在一些设计上的问题，因此在进行结构设计的时候要整体的进行布置，计算后在整体考虑概念中调整修改，不惜调整多次，最终得以很好地完成该类结构的设计计算工作。

参考文献：

框剪结构范文第7篇

框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构。主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

由于框剪结构结合了框架结构和剪力墙结构两者的优点，既能为建筑平面提供较大的设计空间，又有较好的抗侧力性能，内部空间灵活，故倍受高层写字楼的青睐。

框剪结构也有其不足之处，因框架梁柱不如剪力墙刚度大，剪力墙容易吸引地震力，故剪力墙部分很难通过计算，须将剪力墙厚度增加到很大才能通个各方面计算，但是往往因为剪力墙的加厚而引起更加不均匀的地震力分配导致此部分剪力墙更加不利。

在变形方面，框架结构是剪切型，上部结构层间相对变形小，下部结构层间相对变形大；剪力墙结构是弯曲型，上部结构层间相对变形大，下部结构层间相对变形小；而框剪结构则是剪弯型，结合了两种结构共同变形协调作用，减小了层间相对位移比，使结构侧向刚度得到很好的提高。

在受力方面，由于剪力墙侧向刚度比框架侧向刚度大很多，且剪力墙在下部结构中侧向位移趋势小于框架，故剪力墙在一定程度上约束了框架结构的侧向变形，水平荷载主要由剪力墙承受；而在上部结构中，由于剪力墙侧向位移逐渐加大并有超出框架部分的趋势，故此时框架结构反而会承受一部分约束剪力墙侧向变形的附加力，因此，在上部结构中框架也承担了很大一部分的水平力。这点从计算结果数据中可以明确地看到。

从竖向剪力分配来看，框架结构对剪力的控制部位一般在建筑的中部或者上部，而剪力墙的控制部位一般在建筑的底部。综合两种结构的框剪结构，其最大的层间位移一般在（0.4～0.8）H范围内的楼层，以下是某框剪结构计算结果片段：

=== 工况 1 === X 方向地震作用下的楼层最大位移（见表1）

X方向最大层间位移角： 1/ 895.（第 16层第 1塔）

结果显示最大层间位移角为16层，位于建筑的中间部分，与理论相符。

那么在设计结构设计中，我们设计要点是什么？结合规范及以往设计经验，我们应该在以下几个方面予以注意：

1、在《建筑抗震设计规范》（GB50011- 2010）第6.1.8条中，规定：

“抗震墙宜贯通房屋全高”，故实际设计中，不宜出现剪力墙布置的突变，即不宜减少剪力墙的布置，只可适当变薄，但尽量避免剪力墙位置的变动，否则在突变楼层，位移及剪力墙受力会非常不利。

“楼梯间宜设置抗震墙，但不宜造成较大的扭转效应”，众所周知，在普通情况下楼梯间刚度较为脆弱，不管是砌体结构中要求楼梯间四角布置构造柱还是框剪结构中布置剪力墙都是对其刚度的加强，前提是，不能一味地将墙体全都布置在楼梯间，以免刚度过于集中过大地削弱结构的刚度造成结构扭转。

表一

“抗震墙两端（不包括洞口两侧）宜设置端柱或与另一方向的抗震墙连接”，一般在框架剪力墙设计中，我们会在剪力墙每层的层顶增加墙顶暗梁，剪力墙不能形成筒状结构时，均依附周围框架柱建立，且两柱间整个柱距增加一段剪力墙比增加同等长度的多个墙垛有效得多，甚至增加墙垛对框架剪力墙位移及刚度的调整不会出现较好的调节作用，故在框剪结构中，剪力墙上下左右四周宜有框架柱及梁形成一个边框，不仅可以阻止斜裂缝向相邻墙体发展，还可在墙体破坏后作为承重构件代替墙体承重，在破坏过程中形成二级防护，对阻止结构彻底破坏起到一定作用。

“房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间”，在水平力下，结构的外圈水平位移较大，若刚度较大的剪力墙布置的端开间，则在刚度越大吸收地震力越大的情况下，水平位移也会越大，对结构非常不利。

“抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于300mm”，洞口上下对齐是承重墙结构的共同要求，包括砌体结构及剪力墙结构，放置洞口移动造成剪力突变从而引起破坏。洞边距端柱不宜小于300mm则是为了端柱能较好地发挥作用。

2、对于抗剪结构的连梁，应允许其在大震作用中有一定的破坏从而保护剪力墙自身的安全，在实际设计中，由于跨高比越小连梁的刚度越大其延性越小，在设计跨高比较小如趋近于1的连梁时，可在连梁高度1/2处设置水平缝，上下埋置钢板，用高强螺栓将两钢板连接，在竖向荷载作用下，由于上下两部分有螺栓连接，可视为同一结构构件进行承重，在大震的水平力下，两钢板间可进行一定程度下的相对滑动，减小刚度并增加连梁的延性。

3、对于较长的剪力墙，墙中间宜设置洞口削弱其刚度，以免刚度过于集中造成剪力墙的较早破坏，应在多处布置开洞的墙体而不是在较少部位布置厚而实的墙体使得应力过于集中，达不到理想效果。

4、在实际设计中，框架剪力墙究竟需要布置多少剪力墙才算合理呢？在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中，第8.1.3条规定：“框架结构承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时，按剪力墙进行设计；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%单不大于50%时，按框架剪力墙结构进行设计；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，按框架剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加；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，按框架剪力墙结构进行设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用。”故在框剪结构中，剪力墙所承受的水平力宜不小于50%，且应满足抗剪结构弹性层间位移角限值的要求“1/800”。在墙体布置中，也并非越多越好，墙体越多，厚度越大，刚度也越大，自振周期也越小，吸引的地震力也就越多。所以，应本着经济合理的原则来确定墙体布置的上限。

5、在框剪结构布置中，应考虑到结构刚度的对称性，利用建筑功能分区有效布置墙体，建筑专业在设计时也应考虑到此情况合理设计墙体，且应考虑框剪结构墙体厚度，否则后期施工图时容易出现走廊通道等功能性房间净宽不够的局面。

6、在新技术方面，可采用一些钢纤维混凝土、设置斜撑杆件、设置消能阻尼器等等。

综上所述，在框剪结构的设计中应注意以下几点：

1、协调各构件的刚度及延性，在提高框架部分空间性能的同时有效地布置剪力墙。

2、在设计初期与建筑专业做好协调工作，使得剪力墙可以贯通建筑全高。

3、增加多道抗震防线及延性耗能机构。

4、学习并采用一些新材料新技术来提高结构自身的抗震性能。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范 GB50011-2010

[2]高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010

[3]全国民用建筑工程设计技术措施 结构

框剪结构范文第8篇

关键词：框剪结构；优化设计；措施；内力分析

框剪结构是由框架结构和剪力墙结构体系组成的一种结构体系，是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和耗能性能良好的连梁共同组成的一种结构体系。在高层建筑的结构设计中，框剪结构由于其能为建筑使用提供较大的平面空间，又具有整体性好、抗震性能好及较大的抗侧力刚度等优点而得到广泛应用，特别是用于结构平面和功能复杂的高层办公楼、医院病房及酒店等高层建筑。但在实际设计中仍然存在着一些问题有待进一步的解决。本文将对建筑框剪结构优化设计措施进行了探讨和思考。

1 工程概况

某高层建筑工程，主楼地下1层，地面19层，裙楼高3层，主楼总建筑面积18844 m2，裙楼总建筑面积8556 m2，建筑平面如图1所示。

1.1 结构承重体系设计

根据国家抗震区划图，待设计建筑地区的基本烈度为7度，相应地主楼结构部分的抗震等级为二级，裙楼部分的抗震等级为三级。结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋砼框架结构形式，主楼采用框架—剪力墙承重结构体系。

本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状基本上为正方形，楼梯均设置在角部位置，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间设在主楼结构的两个对角位置，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。

1.2 建筑缝的处理设计

本建筑由主楼和裙房两部分组成，在二者的连接部位需设置建筑缝。考虑到主楼部分高度较大、结构有效重量大，裙房部分高度较低，因此二者间需设置防震缝和沉降缝。对于防震缝，为避免主楼和裙房间连接部位留出较大的宽缝，给裙房屋顶防水处理带来困难，本建筑采用“抗”的方法，在结构分析时，将主楼和裙房视为一个整体进行抗侧力设计计算；对于沉降缝，结合主楼需设一层地下室的建筑要求，设计中将主楼基础设计成桩基础，而将裙房基础设计成柱下条形基础，通过两类基础的沉降变形计算，相应调整和消除主楼和裙房两部分的不均匀沉降差。施工时，在主楼和裙房连接部位预留1.5m宽后浇带，通过施工手段局部调整高低两部分间的沉降差。

1.3 基础设计

根据《工程地质勘察报告》提供的场地工程地质条件，并考虑主楼和裙房间荷载分布的不均匀性特点，主楼部分结合地下室的设计采用深桩筏板基础，以提高主楼结构的整体稳定性，降低主楼部分的沉降变形。

裙房部分采用柱下条形基础，通过修正条形基础的宽度来调整基底反力，进一步控制裙房部分的基础沉降变形，使主楼结构和裙房结构在各自使用荷载作用下，能产生基本上一致的基础沉降变形量。

2 结构优化设计策略

钢筋砼框架—剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一，它同时具有框架结构建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面易于处理，以及剪力墙结构抗侧移刚度大、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋砼框—剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大，其优化设计就更为复杂和难以实现。所以，尽管国内外学者对此做过许多有益的尝试，但框）剪结构的优化设计还存在很多具有重大工程意义和科学意义的课题。

2.1 框架结构的分部优化设计技术

钢筋砼框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关，还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋砼框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意结果。

钢筋砼框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：

（1）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸；

（2）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋砼结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力；

（3）截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构；

（4）收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则转回第（2）步重新进行结构分析、优化设计；

（5）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

2.2 框—剪结构的三阶段优化设计策略

框—剪结构的设计主要涉及三个方面的优化问题：一是结构最优设防水平的决策，二是框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计，三是框架——剪力墙结构构件的优化设计问题。

高层框—剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题，主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计，因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里，我们将框）剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行，对不同阶段的不同问题，采取不同的优化准则进行优化设计。

（1）第一阶段：最优设防水平Id的优化决策

根据地震危险性分析结果或地震区划规定，在预测地震烈度概率分析基础上，用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值E（Id），在满足最大投资约束和最大损失约束条件下，使k1C（Id）+k2k3E（Id）达到最小，求出最优抗震设防烈度Id。

（2）第二阶段：剪力墙构件的优化设计

剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合，可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此，可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。

（3）第三阶段：框架结构的优化设计

框架结构的优化设计准则是一个结构准则，在一次整体分析完成之后，可按照前述方法对框）剪结构中的框架部分进行优化设计。

（4）框）剪结构的优化设计步骤：

1）分析结构平面、立面布置特点，根据工程经验选定剪力墙抗侧力构件的布置位置及几何厚度；

2）根据结构使用荷载特点，根据经验归并框架结构类型，并初步选定每一类型框架结构梁柱构件的几何尺寸；

3）进行整体结构的空间内力分析；

4）根据结构分析计算结果，检查结构的层间位移及顶点总位移是否满足规范要求。若满足规范要求，则转入第5）步进行判断；若不满足规范要求，则直接返回第1）步，进行剪力墙水平截面面积的修正；

5）刚度最优化判断：比较结构实际侧移值和规范限值，若︳max（δ/h）-[ δ/h]︳/[δ/h]≤ε1且︳max（Δ/H）-[Δ/H]︳/[Δ/H]≤ε2，则转入第6）步进行计算；否则转入第1）步，并用原剪力墙厚度乘以修正系数ζ=max{ζ1，ζ2}（ζ1=[δ/h]/max（δ/h），ζ2=[Δ/H]︳/max（Δ/H）），来修正剪力墙几何尺寸，重新进行结构分析；

6）分别进行剪力墙和框架结构构件的截面优化设计；

7）收敛性判断：比较优化结构与原结构的接近程度，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步进行可行性判断，否则将优化结构作为原结构转回第3）步重新进行结构分析、优化设计；

8）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

3 工程实例

采用三阶段优化设计方法对前述高层框-剪结构进行优化设计，在正常承受灾害损失能力和投资能力较强时，最优设防烈度为7.5度。后经专家论证，并考虑到资金投入的难度，提高了权重系数k1，最优设防水平按7度设计。图2为主楼部分框剪结构标准层结构布置图，表1所示为主要结构构件截面尺寸的优化设计结果。

4 结论

总之，框剪结构融合了框架和剪力墙结构的各自特点，得到了很好的互补，合理的设计能够突出该结构的优势，提高建筑的抗震性能和使用品质。因此，在结构设计时应该在整体考虑下进行结构布置，计算后在整体考虑概念中调整修改，不惜调整多次，这样才能达到结构整体受力分布更均匀，造价更经济的目标。

参考文献：

[1]耿超.浅析某高层框剪结构设计优化措施[J].建筑知识：学术刊，2011年第12期

框剪结构范文第9篇

关键词:框剪结构;优化设计;剪力墙

高层框剪结构是由框架结构和剪力墙结构体系组成的一种结构体系,是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和耗能性能良好的连梁共同组成的一种结构体系。在高层建筑的结构设计中,框剪结构由于其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而得到广泛应用,特别是用于结构平面和功能复杂的高层办公楼、医院病房及酒店等高层建筑。本文探讨了高层框架――剪力墙的结构优化设计的相关问题。

1.框剪结构优化设计的必要性

传统的结构设计方法一个很大的局限在于所求得的一组截面不一定是最好的,工程结构建起来后或者是重量大,或者是造价高,这与其设计过程密不可分。一般而言,传统的结构设计遵循以下程序:参照一估计一分析一验算一调整。也就是在参考已有工程设计实践经验的基础上提出设计方案,再在强度、刚度、稳定性各方面做必要的力学分析来进行安全校核,如果验算结构不满足要求就要进行设计调整。然而该验算时所假定的计算模型难以保证合理,最后得到一组截面,在很大程度上取决于最初假定的误差程度,再者,设计时迫于时间及结构计算的复杂性往往决定了调整的次数是有限的,因而设计出的最终产品难以保证是最优的。而结构的优化设计虽然与传统的结构设计有一样的设计过程,但其最终的设计目的是产品的良好性能,同时保证安全性及经济性。也就是说,最优设计是在一个明确特定指标(如结构的体积最小、重量最轻、造价最省)下来说明结构的经济性与安全性。而且,结构优化设计的一个最大特点是将设计问题转化为严格的数学规划问题求解,可利用计算机连续快速作出方案比较,从数百个方案比较中,找到最优设计方案,这是传统设计过程所不能比拟的。

框架一剪力墙结构以其良好的受力性和适用性在现代高层建筑领域中应用非常广泛。伴随着高层建筑的迅猛增加,对框架一剪力墙结构的合理选型和优化布置,对于节约建设成本具有指导性意义。然而目前《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3-2002)(以下简称“高规")对高层建筑的结构选型尤其是合理布置尚未做出一个明确的具体的规定,这就为高层框剪结构的优化设计提供了充足的设计理由。

2.剪力墙的合理选型和优化布置

2.1影响剪力墙用量的因素及确定方法

在设计中既要满足位移限值的要求,又要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用,做到安全、经济合理是设计的根本目的。要做到这一点就要确定剪力墙的合理数量。

(1)剪力墙是框剪结构中的主要抗侧力构件,因此剪力墙的用量与框剪结构的平面布置有关,一般应按“分散、均匀、周边、对称”的原则布置。分散即是剪力墙的布置应考虑地震力分散作用于大致相等的多片剪力墙上,以免地震力集中造成主要剪力墙破坏,而其余剪力墙和框架因较弱而难以承受。均匀是指同方向的各片剪力墙应比较均匀地布置在建筑平面的各个区段,而不是集中于某一区段内,每道剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的40%,以防止因楼盖过大的水平变形导致地震力在各框架间的不均匀分配;对称是指剪力墙尽量对称布置以减弱地震时结构的扭转效应;周边是指剪力墙应尽量沿结构周边布置而提高结构整体抗扭能力,因此时获得结构抗力的最大水平力臂。

(2)剪力墙用量与结构地震力大小直接相关。结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增加而加大。随着剪力墙的增多、结构刚度变大、周期缩短,相应的地震作用就会越强。为能充分发挥框架一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%。当结构底部剪力过小宜适当增加剪力墙用量来提高结构刚度保证安全,一般来讲多设剪力墙对抗震是有利的――“墙越多震害越轻”是指剪力墙越多结构刚度越大,但墙越多吸收的地震能量也越多,所以剪力墙不能无限制增加,需根据实际情况适当增加以满足底部一般剪力要求。当地震力过大宜适当减少剪力墙用量以求合适的经济技术指标。

(3)剪力墙数量的设置还应考虑抗震设防烈度、近场远场的影响、场地土、结构侧移限值等方面的因素。在满足规范规定的位移限值条件下,剪力墙数量应尽量减少,并能充分发挥框架承担0.2V。楼层总剪力的作用,这样结构的地震反应相对小,且做到经济合理。

2.2剪力墙的截面尺寸

框剪结构中的剪力墙应该有边缘约束构件,也就是边框柱和边框梁。相关规定规定有抗震要求的一二级剪力墙的底部加强部位厚度不可小于200mm,并不小于层高或无支长度的1/16,其他情况下在满足不小于160mm的前提下还应不小于层高或无支长度的1/20;其边框梁的宽度宜与墙同厚,其高度可为厚度的2倍,因此一个合理的剪力墙结构厚度既要保证结构安全且要保证经济合理。总之,剪力墙的厚度应在满足层高的1/20-1/16的前提下应尽量取其厚度为200mm。

2.3剪力墙的平面布置

一般情况下,剪力墙应沿纵横两个方向布置,因为当无法在两个方向布置时,会造成建筑物平面两个方向刚度相差悬殊,增强建筑物的扭转效应。对于圆形和弧形平面,应沿径向和环向布置。纵向剪力墙不宜设置在独立结构单元的两端,以免纵向框架梁和楼板因受到变形约束的区段过长而产生较大的收缩和温度应力。剪力墙应尽量布置在竖向荷载较大处,平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处和楼梯间、电梯及管道井部位。当剪力墙无法在结构纵横两个方向布置时,在刚度弱的方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件,使两个方向在水平力作用下的位移值接近。剪力墙的门窗洞宜上下对齐,形成明确的墙肢和连梁,不宜采用错洞墙。

3.框架一剪力墙结构的分部优化

该理论提出对剪力墙和框架分别进行优化,其中钢筋混凝土框架结构的优化的具体步骤包括:初始选型、结构分析、截面优化设计、收敛性判断和可行性判断。根据框架结构构件内力的计算结果分别对框架梁、框架柱及楼板结构进行分部优化设计,可得具有优化设计意义的梁、板、柱的几何尺寸。剪力墙结构的优化设计包括最优厚度设计及设置位置设计,对框架一剪力墙结构剪力墙抗侧移构件水平截面面积的优选原则就是:在水平地震作用下,结构水平侧移值达到或接近等于规范规定的最大侧移值。最后将框架结构计算得到的几何尺寸与剪力墙构件最优厚度重新组成新的框一剪结构体系进行结构内力分析,按照计算所得结果,重新对框架结构构件进行优化设计。若两次优化计算结果基本一致,则认为最后优化计算结果即是整体优化设计。

4.框剪结构设计中概念设计思想的应用

高层建筑结构体系的一个重要特点是水平荷载成为决定性荷载,因为水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与建筑物高度的二次方成正比。在高层建筑中由风或地震作用引起的水平荷载起主要控制作用,顶点和层间侧移是设计时主要考虑的问题,而一般情况下地震作用产生的结构侧移大大超过了风荷载,因此高层框剪结构的优化设计体现为抗震设计,而在建筑抗震设计中,概念设计思想尤为重要。概念设计即通过对建筑物的总体结构体系进行控制,选用体型简单、规则,平面对称,抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀的方案,设计出抗震性能良好的建筑。

框架――剪力墙结构本身就是结构优化设计及抗震概念设计的一个重要体现,即体现为框架和剪力墙结构体系的优化组合。因为框架结构柱网布置灵活,可满足使用功能要求,且为主要竖向受力构件。框架柱除承受楼层荷载外,还承受高层总体的倾覆力。剪力墙同样可以在框架间灵活布置,主要承受侧向力作用。而且它与框架结构的变形在总体上为协调互补(侧移一个是剪切型,另一个是弯曲型),当框架与剪力墙结合成为一个整体时,结构水平位移曲线为反S型,整个结构体系自下而上的侧移得到了最佳的协调和减小,而整体结构侧向刚度得到了提升。在下部楼层剪力墙承受80%水平剪力而变形很小,上部楼层框架以其小变形抵挡剪力墙的外拉变形,共同承受很大的水平剪力,提高了结构的抗震能力。

框剪结构设计中对于连梁的设计要求也体现了概念设计的思想:在小震及风荷载作用下,连梁应能起到联系墙肢并增大剪力墙侧向刚度的作用,不应出现裂缝,及连梁的设计增加了体系的超静定次数;在中震作用下,连梁应首先出现弯曲裂缝,通过塑性耗能来减小墙肢的地震损伤,牺牲局部保全整体;最后当大震来临时,允许连梁出现剪切破坏,即地震引起的破坏仅限于超静定次数的降低,即出现部分塑性铰减少结构的约束度。

5.结语

由于传统的结构设计方法存在过于保守的局限性,对框架一剪力墙结构进行优化设计很有必要,对框架一剪力墙结构的合理选型和优化布置对于节约建设成本具有指导性意义。本文探讨了剪力墙的合理选型及布置问题,期望能对解决高层框剪结构的优化设计这一个工程难题有所启示。

参考文献:

[1]张民.钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究[D].同济大学2008.

[2]黄国璋.框――剪结构体系在高层结构设计中的应用[J].福州大学学报,2000(2).

框剪结构范文第10篇

1.框剪结构受力特点

框剪结构的受力特点是框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力结构形式，在下部楼层剪力墙的位移较小，它拉着框架按弯曲型曲线变形，剪力墙承受大部分水平力，上部楼层则相反，剪力墙位移越来越大，有外侧的趋势，而框架则有内收的趋势，框架拉剪力墙按剪切型曲线变形，框架除了负担荷载产生的水平力外，还额外负担了把剪力墙拉回来的附加水平力，剪力墙不但不承受荷载产生的水平力，还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力，所以上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也出现相当大的剪力。

2.框剪结构剪力墙布置

框架剪力墙结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体，一般来说，剪力墙布置的越多，抗震越有利，但无限制的增加剪力墙会增加造价，而且无法发挥框剪结构的优越性。另外我们知道，增加剪力墙以后，结构刚度增加，自振周期就会缩短。一般我们的建筑物自振周期应该在Tg～5Tg（Tg为特征周期），在这个区段里，周期缩短会增大地震作用效应，而且幅度挺大，对材料的消耗又会大大增加。

那么合理的剪力墙数量应该是多少呢，理论上讲同时都满足规范的要求时，最少的剪力墙数量最优。满足规范的位移限制要求，满足剪力墙承受的地震倾覆力矩不小于总倾覆力矩的50%，且为了使框架充分发挥作用，满足框架承受楼层剪力不小于0.2Fek，这时的剪力墙数量最合理。

框架-抗震墙结构在实际工程中运用布置要点是：抗震墙的数量以满足刚度即满足层间位移限值为宜，位置相对灵活，应遵循 “八字方针”即“对称、均匀、周边、连续”，应符合规范相关的具体规定。

在方案阶段，从概念上来布置剪力墙。《高规》8.1.7，8.18条就是框剪结构中剪力墙布置的一些概念性要求，结合本人的一些经验，说说布置剪力墙的步骤：首先考虑建筑物的周边，可以从四角到四边均匀布置，然后考虑楼电梯间，再考虑一些平面转角处，最后看看剪力墙间距较大的位置中间点缀一两片墙。剪力墙最好布置成非一字形，两个方向都要布，宜短不宜长，个人认为在开始布置时只要满足一般剪力墙的最小长度即可，后面可以根据计算要求加长，应该说按照这种要求布置出来的平面看起来是很舒服的。总之框剪结构中的剪力墙布置应该是有目的的和点缀性的，切忌一上来就大片的布置剪力墙。

在计算阶段SATWE计算结果：

（1）周期

合理的第一周期范围，《全国技术措施》上讲在0.08～0.12N（N为层数），超出这个范围，说明结构太刚或太柔，剪力墙太多或太少，可以作相应的调整，当然在这个范围内以周期长一点为佳。周期比不满足规范要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。调整改变结构布置，提高结构的扭转刚度；总的调整原则是加强结构墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。

（2）剪重比

剪重比是否满足规范要求，不满足说明抗恻刚度不足，地震力偏小。可按下列三种情况进行调整：

a）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度；

b）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标；

c）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。

3.位移

层间位移角应不大于1/800，这也是衡量结构抗侧刚度的一个指标，太大太小都应该先找出这个位置，再作相应调整。不考虑偶然偏心时的位移比一般应该都在1.2以内，考虑偶然偏心时，只要不大于1.4即可，这是衡量扭转刚度的一个指标，不满足时应该先考虑建筑物周边抗侧力构件的调整（对于长条形建筑就是长方向两侧），可以增大剪力墙，也可以加高连梁等。

4.框架抗倾覆力矩占总抗倾覆力矩的比例

框架抗倾覆力矩占总抗倾覆力矩的比例两个方向接近且在20%～40%间较好。软件给出了每一层的比例，只要底部加强部位满足即可，根据框剪结构的受力特性，框架所承担的抗倾覆力矩是越往上越大的。高规8.1.4条，框架总剪力在不小于0.2V0时不需要调整，是利用材料最充分的，但经过前面的几轮调整，要做到这一点不容易，做不到就要按规范要求放大，放大系数接近1.0较好。

参考文献：

[1]《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010

[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[3]《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例 》李国胜