框架剪力墻結構設計中的抗震結構設計理念

張鵬飛

（大同市華青建筑設計有限責任公司，山西大同037000）

0 前言

從目前建筑工程類型的角度來看，大多數工程都是以鋼筋混凝土作為主要材料，為了使有限的土地資源得到充分利用，并且滿足建筑本身的使用功能，建筑物也就越來越高，越來越復雜，所以我們更應重視抗震結構設計。搞好建筑工程的抗震設計，不僅能大大增強施工單位的經濟效益，而且能保障人民生命安全和財產安全。

1 建筑結構設計中抗震結構設計理念分析

現在，對于建筑結構的抗震設計，我們國家有三級的總體要求。一個水準，當建筑物受到多次地震的影響，其震級低于當地抗震設防烈度時，通常沒有損壞或不需要維修就能繼續使用。當建筑物受到與其所在地區相同的抗震設防烈度地震影響時，大修后，有損壞或不需要修理的，可繼續使用。三級水準，在建筑物受到當地地震設防烈度估計值罕見地震影響時，不會坍塌，避免危及生命的破壞。三等水準設防目標，通俗的說就是“小震不壞，設防烈度的地震可以修復，大震不倒”。

2 抗震結構設計理念在建筑結構設計中的應用原則

2.1 整體性原則

對于抗震結構設計，如果從建筑工程項目的角度進行分析，那么就必須遵循整體性的基本原則。也就是說，在設計上確保整個建筑物具有抗震性能。整體原則實施的根本原因是為了保證建筑物的整體穩定，避免因局部結構受地震災害影響而失去穩定，從而給其他結構帶來嚴重的連帶影響。同時，由于其本身也劃分為多個結構抗震構件，因此為了保證其在使用中的作用和價值能得到有效發揮，必須保證各子結構的抗震性能在實際中得到優化和完善。在此基礎上，保證這些子結構構件彼此之間能實現有效的連接，確保建筑結構整體性能的有效提升。

2.2 結構性明確原則

在抗震設計理念的應用過程中，主要是合理利用地震力的分

散傳遞消耗方式，以便最大限度地減少地震帶來的影響。這一觀點主要是從力學的角度分析的，因此可以看出，應保證地震力傳遞路徑在實際中能得到科學合理的傳遞。在設計的時候，應該遵循結構清晰的基本原則，即應確定結構的位置，并合理地引入和利用計算軟件模擬地震波動，通過該技術的應用，可以實現地震作用下客觀、有效地分析。以最后分析得到的數據為基礎，實現結構抗震性能的優化和完善，從而能最大限度地提高建筑結構設計水平。

2.3 結構規則原則

在設計中，側傾剛度可以看作抗震設計中的重要一環，為保證結構的抗震效果，必須具備這些條件。為確保建筑本身結構剛度足夠，必須對側移剛度進行判斷，并保證剛度的均勻。一般建筑主要抗側移構件采用豎向和橫向兩種布置方式，因此必須保證整體布置的合理性和科學性。

3 框架剪力墻結構設計中抗震結構設計的主要內容

3.1 提高剪力墻的抗震能力

在框架剪力墻結構設計時，應該在剪力墻的四周添加梁柱，如此便能構成邊框剪力墻，從而避免出現斜向裂縫擴展至相鄰結構的問題，此外，還能在剪力墻被嚴重破壞之后發揮承載作用，當然，前提是邊框結構務必有斜截面的良好承載性能，如此方能在剪力墻開裂事故產生之后，抵御梁柱所形成的附加剪應力，最終達到良好的抗震效果，也就實現剪力墻抗震性能提高的目標。

其次，肢墻面積應該合理規劃，構成多肢墻或是雙肢墻，并嚴格控制洞口位置的連梁，從而形成一種耗能結構，用這種方法建造的剪力墻，其剛度有明顯的降低，從而避免在地震中出現剪切破壞和底壁過早屈服的問題。

3.2 優化結構抗震性能

首先，增強結構的角柱。若是角柱的抗剪性能得到增強，那么框架結構的整體性同樣能夠顯著增強，如此便能夠使框架的抗震性能得到改善。

加入適量鋼筋混凝土剪力墻墻板于框架平面，能避免框架剪切力滯后，改善框架結構抵抗推力的剛度與整體性，使結構側向移動的幅度顯著降低，尤其是層間位移會大大地減小，當然還應該采取切實有效的措施防止出現延性降低的問題。

在結構設計中采用偏交斜撐等輔助構件，或者以彎曲耗能方式代替軸變耗能方式，使框架的抗震性能得以提高，可利用鋼纖維混凝土的桿件制作折曲支撐，偏心率連接支承的材料一般為鋼桿或鋼筋混凝土桿，比如發生很嚴重的地震、不僅能通過輔助構件本身的變形使地震能量消耗掉一部分，此外，輔助部件變形失效后，結構自振周期有明顯變化，從而避免地震波與建筑物的共振效應。

3.3 強化整體框架剪力墻結構之間的協調性

建筑內部各個部件是處于相輔相成、互補的狀態，所以要使建筑的整體質量得到保證，必須使內部各工件的工作和操作處于一個協調的狀態，而要實現這個目標就要做到下面幾點：

①優化承載性能與結構剛度之間的關系，在高層建筑中，剪力墻數量與建筑體積之間呈正相關，剪力墻若是數量越多，就會間接提高建筑物的抗震性能，當然，若是剪力墻數量若是超出一定的限度，并不會使建筑物抗震性能提高，反而會降低其抗震性能，所以在框剪設計中，必須保證框剪與剪力墻的數量、剛度等的相對平衡情況；②務必協調建筑物延性與剛度，不可出現顧此失彼的情況，這是因為框架與剪力墻的延性、剛度之間具備一定的沖突，所以在實際的工程項目中務必重視此問題，真正讓二者之間形成良好的協作關系，方能使高層建筑的抗震性能得到強化。

4 框剪結構的抗震設計要點

4.1 墻板的布置

框剪結構設計中，布剪是關鍵，對高層建筑的抗震效果影響較大。大多數情況下，將剪力墻安裝在平面結構上的變形部位，應當遵循以下思路：

（1）均勻分布。一般為保證建筑物的整體穩定，剪力墻應設置在建筑物平面結構起伏大，垂直荷載大的位置，且雙向對稱分布。

（2）墻截面應盡量保證形狀規整，如果建筑物形狀不規則，但盡可能在凸出的結構上設置剪力墻，以確保其抗側剛度符合規定的標準，這樣可以有效地防止剪力墻的剛性突變。如L型、T型等等。

（3）數量和密度的科學控制。掌握剪力墻安裝的數量和密度；利用剪力墻的剪切作用，也應均勻地安裝，分散化的布局，提供了擴展的建筑空間。

（4）提高剪力墻結構的延展性；注重控制剪力墻的長度，這樣就保護了它的延遲性，處理措施是在一堵長的剪力墻上開一個洞，這樣就把一個長的剪力墻分成幾個短的。并且它的剛度、彎曲度要保證達標。

4.2 基礎與地基的概念設計

地基條件影響建筑物的抗震能力，其破壞程度取決于結構的地震反應程度。底座是支撐上部結構的基礎，對建筑方案和上部結構特點有全面了解，了解其基本要求；唯有如此，才能做好地基設計，與此同時，場地地質條件也是進行地基基礎設計的必要前提，地基基礎設計時應充分了解擬建場地的地質條件，再進行地質勘察時宜細不宜粗。如地基下土質均勻、不液化、承載力足夠，同時，上面的結構不是高樓大廈，所以淺部地基總是先考慮方案，在滿足抗震要求的前提下，還要考慮經濟因素。如軟土、液化土、新填土或土層嚴重不平等，提出合理的地基處理方案；盡可能避免液化和不均勻土層，應注意的是，同一棟建筑物，不同性質的地基土不宜設置在一起，在高層復雜建筑中，應采用組合上部結構的基礎，樁基、箱式基礎、筏式基礎和樁—箱式基礎是基礎的主要形式。RC和鋼管樁；截面尺寸可以靈活變化，采用多種施工方法，既能提供較高的承載力，又能減小地基變形，能適應多種復雜的高層建筑形式，同時也具有許多復雜的地質條件。無論是普通的建筑物還是復雜的高層建筑，基本的程序有很多種，它沒有唯一性，但在滿足經濟性的同時，必須保證不發生不均勻沉降。

4.3 抗震縫的概念設計

當建筑的平面和立面布置非常復雜時，可考慮利用防震縫將結構分割為獨立的幾個單元。但是注意兩點：

①地震斷層的設置，是為了將復雜的平頂和立面，把建筑分成簡單大小。設置縫隙后，結構自振周期也發生變化，相反，它可能接近于地基土的固有周期；并將各分離單體的抗震構件布置合理，硬度均勻對稱，否則也會增加震害。因此，防震縫的設置應根據地震反應大小、結構布置及地基土的性質確定，以觀念的方式進行決策，還應根據需要進行地震反應分析比較；②如果確定要設置防震縫，就是結構在基礎之上，從上到下斷開，縫的兩邊有兩根柱子或兩面，而且縫寬夠大，小心不要被建筑垃圾堵塞而無法工作，還應避免硬封材料的卡縫而導致失效。防震縫的相關條文詳見《抗規》3.4.5條和《高規》3.4.9條。

5 結束語

簡而言之，建筑物是人們生產和生活的重要場所，為避免地震帶來的麻煩，在建筑物的結構設計過程中，要注意抗震的重要性，將抗震性能作為設計的主要指標，并且使之能滿足建筑物多種使用要求，提高建筑物的設計質量。震害之力僅次于宇宙之力，人類無法與之抗衡，可以做到的就是盡可能地防止它、消耗它、避免它、延遲它、減少它的破壞等等，利用震害調查中得到的教訓，對概念進行綜合，在抗震設計中起到指導作用。