高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)分析

劉 剛

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 511400）

引言

科學(xué)技術(shù)隨著時(shí)光的進(jìn)展在不斷進(jìn)步著，人們生活水平也隨之提高著，在這種情況下人們對(duì)自己的物質(zhì)條件開(kāi)始注重，其中主要表現(xiàn)在住房方面。人們對(duì)自己的住房要求更是越來(lái)越高，為了能夠與時(shí)俱進(jìn)我國(guó)的技術(shù)人員在建筑方面提出了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，這是建筑方面一個(gè)很大的成就。

1 高層—框架剪力墻結(jié)構(gòu)的由來(lái)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)又稱框一剪結(jié)構(gòu)，由它的名字就可以看出來(lái)是由框架結(jié)構(gòu)和剪力墻組合而成的，事實(shí)上就是將這兩種不同的結(jié)構(gòu)組成的，當(dāng)然但是也進(jìn)行了一些調(diào)整，就是應(yīng)用了兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)摒棄其缺點(diǎn)，使框—剪結(jié)構(gòu)的建筑物的抗力性能特別強(qiáng)，可以作為抗震建筑材料。承擔(dān)了80%以上的水平地震作用。。

2 框—剪的設(shè)計(jì)概念和技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)概念

為了滿足現(xiàn)在建筑的需求，人們將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同的結(jié)構(gòu)組成框—剪結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用是雙向抗側(cè)力體系，說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)就是在兩個(gè)主軸的地方都布置剪力墻，而且剪力墻的位置必須堆成。一般情況下情況下剪力墻位置都布置在在平面形狀的變化處。

2.2 設(shè)計(jì)的抗震技術(shù)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中最重要的技術(shù)就是抗震技術(shù)，我們就抗震技術(shù)從以下幾方面進(jìn)行闡述：

2.2.1 機(jī)構(gòu)控制

框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)里面有一個(gè)正比列公式，那就是當(dāng)剪力墻的數(shù)量增多的時(shí)候，剪力墻的體積就會(huì)增加，并且其剛度也會(huì)隨之加大。在設(shè)計(jì)中采用了機(jī)構(gòu)控制來(lái)控制框—剪的剛度，從而改變其承載能力，這種方法其實(shí)很容易實(shí)現(xiàn)就是根據(jù)公式在結(jié)構(gòu)中的特定位置設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的“塑性鉸”，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)框—剪形態(tài)的控制，也能夠在發(fā)生地震的時(shí)候形成一個(gè)很好的耗能機(jī)構(gòu)。

2.2.2 斜截面的承載能力

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了使建筑物承載重力的能力更加強(qiáng)，會(huì)在剪力墻的周?chē)紤?yīng)用上梁柱結(jié)構(gòu)，這樣剪力墻就形成了一個(gè)包圍圈。這樣可阻止斜向的裂縫不會(huì)向鄰近的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，也可以在剪力墻遭到破壞后代替承載。這里增加的邊框結(jié)構(gòu)應(yīng)具備斜截面的承載能力

2.2.3 合理的肢墻面

講肢墻的面積變小，這種方法的思路是將肢墻的面積變小，利用結(jié)構(gòu)形式使其形成多肢墻或者雙肢墻，可以控制裂縫。利用結(jié)構(gòu)這種方式使其形成一個(gè)多肢墻。而且這樣的剪力墻可以降低剛度，可減少地震時(shí)所造成的破壞。

2.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.3.1 變形協(xié)調(diào)

因?yàn)榭蚣芎图袅@兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是不同的，所以就必須考慮到當(dāng)其受力時(shí)的特性和變形性質(zhì)的情況，在這種情況下就要找一個(gè)平衡點(diǎn)來(lái)協(xié)調(diào)它們的變化使它們中和。

在水平的荷載下，它們會(huì)一同工作同時(shí)抵抗水平荷載，而且樓層的增高水平位移的增長(zhǎng)會(huì)越快，當(dāng)樓板的水平剛度達(dá)到一定的界限時(shí)，兩者會(huì)慢慢調(diào)和關(guān)系溶解在一起，不會(huì)發(fā)生單獨(dú)變形的情況，而且在發(fā)生平移的過(guò)程中，二者的變形協(xié)調(diào)式一樣的，所以這時(shí)它們的整體結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)變形的情況。

在同一個(gè)個(gè)樓層里，樓層下部的剪力墻的位移式最小的，它可以拉著框架按照彎曲形曲線的改變而變形，剪力墻會(huì)承受大部分水平力。而樓層上部的剪力墻位移就是最大的了，剪力墻的位移越高越大，框架頂部就拉著剪力墻，按照剪切型曲線變形。

2.3.2 受力狀態(tài)

框—剪在一個(gè)樓層中，由于其樓層頂部的框架的拉力和它的水平受力的方向是一樣的，所以框架頂部水平剪力是不斷增加的趨勢(shì)，而樓層下部和頂部就正好相反了，樓層下部因?yàn)閮擅娈a(chǎn)生的壓力和水平的受力方向相反，使框架下部的水平剪力走不斷減少的趨勢(shì)。這樣原來(lái)屬于框架上水平的大下小，再加上連桿本身的受力原則上加，下減，最終就使得框架最后達(dá)到一個(gè)上下受力都均勻。在這樣的狀態(tài)下，樓層與其樓層外的產(chǎn)生的剪力就很小，但是由于框架為剪力墻承擔(dān)了一部分的力，所以框架頂部剪力就增大了，使得頂部框架的剪力相當(dāng)大。這就值得我們注意.

2.3.3 框—剪設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

隨著建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)的逐步發(fā)展，人們的住宅觀念已經(jīng)走出了以前的平房老化區(qū)，人們新的住宅觀念就是高層建筑結(jié)構(gòu)形式的樓房，當(dāng)然也包括“框—剪”形式。當(dāng)然框—剪的結(jié)構(gòu)指標(biāo)就是其墻的長(zhǎng)度是其厚度的5～8倍。

3 剪力墻的布置

剪力墻的布置主要采用的是分散原則，分散原則其實(shí)就是要求剪力墻的剛度小，墻的數(shù)目大，連續(xù)的尺寸呢也要短，抗側(cè)力的構(gòu)件數(shù)量要多，其要保持分散，并且其彎度的剛度要合適。在剪力墻面積不發(fā)生改變的情況下，想要提高提高扭轉(zhuǎn)功能，剪力墻布置的位置就應(yīng)設(shè)在每一個(gè)平面形的變化出，例如角落，拐角處，那些不規(guī)則的角，在一個(gè)建筑工程中用框—剪來(lái)加強(qiáng)這些薄弱的地方。

4 框剪的抗力性能

當(dāng)高層建筑構(gòu)架結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的時(shí)候，呈現(xiàn)出來(lái)的就是剪切型的特征，樓層最高層變化很慢，樓層越高變化越慢。

在一個(gè)框—剪的建筑結(jié)構(gòu)中，分析它的受力特征，發(fā)現(xiàn)通過(guò)平面內(nèi)部無(wú)限大的剛度時(shí)候，樓頂將自動(dòng)將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)連接在一起，使其形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共同抵抗水平向的側(cè)應(yīng)力，不會(huì)單獨(dú)受到各種彎曲變形或者剪切變形的影響，

框架-剪力墻在同一個(gè)樓層的水平位移基本相同的，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)的位移是以介于框架與剪力墻之間的形態(tài)為特征，是一個(gè)像S的曲線，這個(gè)曲線也成為彎剪型。

在每一個(gè)框—剪結(jié)構(gòu)中，由于剪力墻在下部的層面因?yàn)樾巫兂潭容^小，所以承擔(dān)了80%以上的水平向剪力。所以增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，這樣可以有效地協(xié)調(diào)了水平的形變，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)性形變的效果。

5 注意事項(xiàng)和解決方法

當(dāng)進(jìn)行框架—剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)由于是按聯(lián)肢剪力墻設(shè)計(jì)所以也屬于剪力墻設(shè)計(jì)范疇，則應(yīng)滿足一般剪力墻事項(xiàng)。

5.1 框架的設(shè)計(jì)

在抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框架抗震墻結(jié)構(gòu)中，如果內(nèi)布的縱面墻很長(zhǎng)，且連梁的跨高比小，剛度大，那么這個(gè)墻的整體框架設(shè)計(jì)性就比較好，當(dāng)發(fā)生地震的時(shí)候墻的剪切變形很大。這樣墻肢的可破壞就會(huì)比底部的高，因此可以把長(zhǎng)墻分成幾段，使墻的高度是寬的2倍。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮軸壓比同時(shí)也應(yīng)該在兩端設(shè)置邊緣約束來(lái)提高延性，盡量使其不發(fā)生剪切破壞。

5.2 抗震端的設(shè)計(jì)

在框—剪中設(shè)計(jì)抗震端的時(shí)候，抗震端和部分框肢墻的截面高度不要有很大的差距和變化。其中一、二級(jí)抗震端的底部應(yīng)加強(qiáng)和如果底部有漏洞時(shí)，漏洞較大時(shí)，最好不要空開(kāi)漏洞不管去布置剪力墻，應(yīng)該考慮用強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。由此可以看出在一些抗震設(shè)計(jì)中必須考慮到混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。

5.3 框支層的設(shè)計(jì)

框支層是框—剪抗震設(shè)計(jì)中最主要的一部分，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，抗震墻結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變形，而變形就是集中在框支層上的。這樣我們的框支層就必須設(shè)計(jì)牢固，要使其牢固一般的規(guī)定是框支層側(cè)面的剛度必須比頂層的剛度大50%。

框支墻的地震剪力是由底部的剪力墻承擔(dān)，當(dāng)?shù)撞繕前宓乃介g距不宜大于24m時(shí)可以保證其內(nèi)部的剛度水平力的傳遞。所以在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)連梁彎矩進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，采用加厚局部墻的辦法保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的約束。

6 總結(jié)

在關(guān)于框架一剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，“概念設(shè)計(jì)”是必不可少的。“概念設(shè)計(jì)”是在不斷的實(shí)驗(yàn)中，多次的失敗中，不斷地摸索中，濃縮出來(lái)的精華所在，。因此，要設(shè)計(jì)一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)首先必須要有一個(gè)關(guān)于設(shè)計(jì)方面正確的認(rèn)識(shí)，只有你充分的理解它了解它，才能夠把它應(yīng)用的很恰當(dāng)。當(dāng)然這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。

要滿足框—剪抗震設(shè)計(jì)的要求，其實(shí)最本質(zhì)的是你能夠找到一個(gè)建筑抗震能力最薄弱的地方，然后從根部去治療它。再在這個(gè)基礎(chǔ)上，加上一些公式的計(jì)算和施工方面的意見(jiàn)、措施，這樣就可以設(shè)計(jì)出來(lái)抗震性好的房屋建筑，這樣的建筑可抗性很高。

雖然現(xiàn)在人們對(duì)房屋建筑的需求越來(lái)越高看，但是框—剪抗震設(shè)計(jì)自身的優(yōu)點(diǎn)一定會(huì)滿足人們的需求，框—剪抗震設(shè)計(jì)一定會(huì)隨著時(shí)代的進(jìn)步而進(jìn)步，在將來(lái)有著更廣闊的發(fā)展前景。

[1]方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].第2版.北京:清華大學(xué)出版社，996:16.

[2] 呂西林.高層建筑結(jié)構(gòu)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2003.

[3]趙西安.高層建筑使用設(shè)計(jì)方法[M].第三版.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1998.