關于框架

劉吉光

【摘要】隨著我國經濟發展飛快，人們對高層建筑的需求越來越大，且高層建筑體型日趨復雜，各種不同功能的用房綜合在一起，組成形態各異高層建筑，給結構設計增加了一定的難度。在我國大多數高層建筑設計都采用的是框架-剪力墻結構體系，該結構體系除了抗震性能優越，還能夠更好的發揮建筑使用功能，在建筑工程中起著越來越重要的作用。以下分析其結構特點，并研究其中剪力墻結構的設計要點。

【關鍵詞】框架—剪力墻；結構設計；剪力墻設計。

一、框架—剪力墻結構的特點

1、框架—剪力墻結構的變形特點

框架—剪力墻結構是由框架和剪力墻兩種不同的抗側力結構所組成。這兩種結構的受力特點和變形性質是不同的。在水平力作用下，剪力墻是豎向懸臂彎曲結構。其變形曲線呈彎曲型，樓層越高水平位移增長速度越快，頂點水平位移值與高度是四次方的關系。框架在水平力作用下，其變形曲線為剪切型，樓層越高水平位移增長越慢。

2、框架—剪力墻結構的受力特點

框架—剪力墻結構在水平力作用下，由于框架和剪力墻協同工作，在下部樓層，因為剪力墻位移小，它拉著框架變形，使剪力墻承擔了大部分剪力；上部樓層則相反，剪力墻的位移越來越大，而框架的變形反而小，所以，框架除負擔水平力作用下的那部分剪力以外，還要負擔拉回剪力墻變形的附加剪力，因此，在上部樓層，即使水平力產生的樓層剪力很小，但框架中仍有相當數值的剪力。框架與剪力墻之間的樓層剪力分配比例和框架各樓層剪力分布情況，隨著樓層所處高度不同而變化，與結構剛度特征值直接相關。

二、框架—剪力墻設計

1、剪力墻的布置

在進行剪力墻布置時，要求均勻、分散和對稱以及周邊。分散就是要求控制好剪力墻的數量，不能太少，而且剛度不要太大，要適中，因為剛度太大，墻承受的壓力也比較大，很容易過早的被破壞，處理起來難度也比較大，很難滿足施工要求。在施工過程中不要因為局部發生損壞而影響到整體的性能，要保證不會使個別墻受力太集中；連續的尺寸不要太長，抗側力構件數量相對多一些，分散一些。周邊主要是考慮建筑物抵抗扭轉的能力，能夠保證剛度中心與平面中心吻合。在布置剪力墻時，使其保證對稱，從而大大增強抵抗扭轉的內臂力，有效提高抗扭轉的能力。

剪力墻布置的具體位置應設置在平面形狀變化的位置，通常是端角和角隅等部位的應力集中處，比如高層建筑的樓梯間、電梯間以及管道井處，都在一定程度上會削弱樓板的剛度，對框架剪力墻的設計造成不良的影響，因此，在建筑工程中，可以采用鋼筋混凝土剪力墻來加固這些薄弱的部位。對于剪力墻的間距，原則上是隨著建筑物不斷的升高，抗震設防的烈度越高，取值越小。

2、剪力墻數量的確定

在框架—剪力墻結構設計階段，梁、柱截面的尺寸可以由結構構造的要求決定。但是剪力墻的數量關系到整個結構體系的安全和經濟的合理性，因為從抗震的角度來說，增加剪力墻的數量可以提升整個高層建筑物的抗震性能，但是從經濟的角度來說，應當適量的減少剪力墻的數量，所以，對于剪力墻合理數量的計算要進行優化設計。一般情況剪力墻的合理數量按照允許的位移決定，在符合裝修要求和框架—剪力墻結構定點位移與層高的比例的條件下，適當增減剪力墻的數量，要采用結構自振周期校核剪力墻布置的數量是否合理。在地震周期短和地震力大的地方，可以適當的增加剪力墻的數量以增大結構的剛度，或根據具體的施工情況和建筑高度以及地區設防烈度采用不同的方法取值。

3、框架—剪力墻結構的抗震設計

在設計框架—剪力墻結構的抗震性能時，必須符合相關規程。在水平力作用下，框架—剪力墻結構底層的框架部分所承受的地震傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩有一個比值（以下簡稱力矩比值），根據這個比值的不同，要采取不同的設計：當力矩比值小于l0%時，按剪力墻結構進行設計，其中的框架部分應按框架一剪力墻結構的框架進行設計；當力矩比值大于10%但不大于50%時，按框架一剪力墻結構設計；力矩比值在50%至80%之間的，按框架?—剪力墻結構設計，其最大適用高度可比框架結構適當增加，框架部分的抗震等級和軸壓比限值宜按框架結構的規定采用；當力矩比值大于80%時，按框架—剪力墻結構進行設計，但其最大適用高度宜按框架結構采用，框架部分的抗震等級和軸壓比限值應按框架結構的規定采用。

4、剪力墻肢截面分類

按墻肢截面高度與厚度之比，剪力墻墻肢可分為一般剪力墻、短肢剪力墻、及柱形墻肢。《高規》JGJ3-2010規定一般剪力墻指的是各墻肢截面高厚比大于8的剪力墻，短肢剪力墻指的是截面厚度不大于300mm、各墻肢高厚比大于4但不大于8的剪力墻，而當墻肢的截面高厚比不大于4時宜按框架柱進行截面設計。一般剪力墻墻肢較長，抗側剛度大，能承受很大的水平及豎向荷載，因此無論是整體截面墻還是整體小開口墻及聯肢墻的墻肢都應優先布置一般剪力墻。短肢剪力墻因墻肢較短，有利于住宅建筑布置，可以減輕結構自重，應用比較廣泛，但其抗震性能較差，地震區應用經驗不多，可用于整截面墻或整體小開口墻及聯肢墻的墻肢中，但考慮到高層建筑的安全，其數量不宜過多，規范對其有嚴格的限制。因此，在結構設計中，應多布置一般剪力墻，少量采用短肢剪力墻。但一般剪力墻也不是墻肢越長越好，當墻肢高長比H/hw或剪跨比大于2的一般剪力墻，稱為高墻，其受力狀態為彎剪型和彎曲型，其破壞為彎曲破壞，屬于延性破壞。《高規》JGJ3-2010規定對于較長的剪力墻宜設置弱連梁將其分成長度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3，墻段長度不宜大于8m 。

5、框架—剪力墻中連梁設計

框架—剪力墻結構中框架與剪力墻、剪力墻與剪力墻的連接方式有鉸結與剛結兩種。鉸結為通過樓板連接來保證剪力墻與框架協同工作，剛結為通過連梁連接來保證剪力墻與框架協同工作。在鉸結體系中，由于沒有考慮連梁的約束作用，使得樓板作用顯著，要保證剪力墻與框架協同變形和工作，樓板必須絕對剛性。在剛結體系中，連梁對墻和柱都會產生約束，連梁將承擔著較大的剪力和彎矩，約束作用明顯，并可以與樓板一同作為連接構件，傳遞彎矩、剪力、軸力。當結構遭受小于其設防烈度的多遇地震時，整個結構處于彈性工作階段。當遭受高于其設防烈度的罕遇地震時，連梁形成塑性鉸消耗地震能量，結構剛度降低，自振周期加大，地震力降低，減輕結構破壞。但由于連梁跨高比小，兩端連接的墻或柱剛度差異較大，連梁變形產生較大的內力而破壞。連梁破壞有脆性的剪切破壞和延性的彎曲破壞，設計時應盡量避免連梁發生剪切破壞，讓連梁先屈服，形成塑性鉸。

三、結束語

綜上所述，在現階段我國建筑行業不斷興起以及建設施工技術高速進步的形勢下，為盡量體現建筑結構的各項功能，就應該把框架—剪力墻結構的功用充分融入到建筑結構設計當中，促使建筑結構更加新穎、科學、經濟、合理，從而推動著我國建筑行業穩健發展。

參考文獻

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[2]蘇國芳，王天.框架剪力墻結構設計問題的探討[J].中國房地產業2012