框架—剪力墻結構和剪力墻結構在結構設計上的區(qū)別

魏志宏

摘要：文章通過結合筆者多年的工作經(jīng)驗，總結框架-剪力墻結構和剪力墻結構的受力特性，在此基礎上，針對框架-剪力墻結構和剪力墻結構在結構設計上的區(qū)別進行了分析與研究，旨在為了找出這兩種結構型式在經(jīng)濟性和合理性上的區(qū)別，以達到結構選型合理應用的效果。

關鍵詞：框架-剪力墻結構；剪力墻結構；結構設計；受力特性；適用高度；經(jīng)濟性；實用性；區(qū)別

1 引言

自從2005年以后，一般的住宅小區(qū)建筑層數(shù)都超過10層，建筑物的總高度都在30m以上，這些建筑都屬于高層建筑。對于這些建筑，若采用一般的純框架結構已經(jīng)很難滿足結構剛度、空間使用、建筑功能、經(jīng)濟性等現(xiàn)實要求。根據(jù)上述情況，框架-剪力墻結構和剪力墻結構可以解決框架結構所遇到的問題。對于框架-剪力墻結構來說，可根據(jù)使用空間和不同的建筑功能要求靈活布置框架柱和剪力墻，同時由于剪力墻具有很大的側向剛度，可以滿足高層建筑結構剛度的需求。相對而言，剪力墻結構的平面布置就稍顯局促，不過亦可根據(jù)建筑平面的劃分，合理布置剪力墻；同理由于剪力墻本身具有很大的側向剛度，故亦能很好的滿足建筑物的剛度需求。本文結合筆者的工作實踐，主要論述了框架-剪力墻結構和剪力墻結構在結構設計上的區(qū)別，僅供大家參考。

2 框架-剪力墻結構和剪力墻結構的簡單定義

2.1 框架-剪力墻結構

所謂框架-剪力墻結構，是由框架和剪力墻組成的結構體系。在這種結構中，剪力墻的側向剛度比框架的側向剛度大得多。由于剪力墻側向剛度大，因而承受水平荷載的主要部分；框架有一定的側向剛度，也承受一定的水平荷載。它們各承受水平荷載的多少，主要取決于剪力墻與框架側向剛度之比，但又不是一個簡單的比例關系。這種由框架和剪力墻兩部分共同組成的，但又同時具有框架和剪力墻受力特性的結構型式，就稱為框架-剪力墻結構。

其中框架部分由梁、柱形成框架。框架柱可布置于建筑的角部、建筑的裝飾柱位、建筑的豎向線條位置；而剪力墻可以利用公共空間電梯井、樓梯間、管道井等部分墻體靈活布置；故可以不占用建筑的使用空間。

2.2 剪力墻結構

用鋼筋混凝土剪力墻（用于抗震結構時也稱為抗震墻）承受豎向荷載和抵抗側向力的結構稱為剪力墻結構，又稱抗震墻結構；亦可看作是指利用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，故剪力墻結構具有很大的抗側剛度。

剪力墻結構可根據(jù)建筑平面布置于建筑角部的外墻、建筑房間的分隔墻、公共空間電梯井、樓梯間、管道井等。相對框架-剪力墻結構來說，剪力墻結構的布置一定程度上說會影響建筑的空間使用。若業(yè)主購房后欲打掉墻體重新分隔建筑空間時，內(nèi)墻的布置就顯得尷尬，故內(nèi)墻的布置合理與否，則需要結構工程師具有一定的前瞻性。

3 框架-剪力墻結構和剪力墻結構在結構設計上的區(qū)別

3.1 受力特性

為了說明問題，不妨先把對于框架-剪力墻結構拆開成框架和剪力墻兩個獨立部分（圖1）。圖a剪力墻是一個豎向懸臂梁，在水平荷載作用下，變形曲線如圖a中實線所示，以彎曲變形為主，框架在水平荷載作用下的變形如圖b中實線所示，是以剪切形（即類似于梁的剪切變形曲線）為主的。但是，框架-剪力墻結構是互相連接在一起的一個整體結構，并不是獨立分開的，因此，它的變形曲線就不會像圖a、b那樣，而是介于彎曲型和剪切型之間的一種中間狀況。為了清楚起見，將它重畫在。a為剪力墻單獨變形的曲線，b為框架單獨變形的曲線，c為框架-剪力墻結構協(xié)同變形的曲線。可以看出，在結構的上部剪力墻的位移比框架要大，而在結構的下部，剪力墻的位移又比框架要小。在結構下部，框架把墻向右邊拉，墻把框架向左邊拉，因而框架-剪力墻的位移比框架單獨的位移要小，比剪力墻的單獨位移要大；在結構上部，與之相反，框架把墻向左邊推，墻把框架向右邊推，因而框架-剪力墻的位移比框架的單獨位移要大，比剪力墻的單獨位移要小。

3.2 建筑物高度適用范圍

框架-剪力墻結構與剪力墻結構因都布置了剪力墻，故都具有較大的側向剛度?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》規(guī)定這兩種結構型式的最大適用高度限值相近（詳《抗規(guī)》表6.1.1）?？蚣?剪力墻結構吸收了框架結構和剪力墻結構的受力特點，在結構抗震設計中，框架-剪力墻結構中的剪力墻是第一道防線，框架為第二道防線。剪力墻結構由于整體的側向剛度大，能夠保證建筑物在遭遇震動時水平側移較小，從而具有較好的抗震性。但是，較大的剛度反而會使剪力墻結構的自振周期縮短，承受的地震力較大。

框架-剪力墻結構一般適用于20層左右的建筑物；而剪力墻結構則適用于25層以上40層以下的建筑物。20層左右的建筑物，若布置成剪力墻結構，一般而言結構的整體剛度會偏剛；從而帶來的后果是結構的層間位移角偏小，結構的整體用鋼量會偏大（不經(jīng)濟，甲方有意見）。這時若盲目地企圖通過縮短剪力墻的長度來減弱結構的整體剛度，會把一般剪力墻縮短為短肢剪力墻。由于短肢剪力墻受力性能上的缺陷，若因布置過多的短肢剪力墻從而令短肢剪力墻承擔較大的底部傾覆力矩是不允許的?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規(guī)程》規(guī)定在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結構底部總地震傾覆力矩的50%（詳7.1.8條）。這時框架-剪力墻結構就能很好的解決上訴難題。工程師可根據(jù)建筑平面的實際情況布置剪力墻和框架柱（具體如何布置，上文已有所闡述），從而令兩者組成整體的抗側向體系，同時調(diào)配好框架和剪力墻所承受的底部傾覆力矩的比例（具體詳《高規(guī)》第8.1.3條），既能滿足結構剛度需求又能滿足經(jīng)濟性的要求。25層以上40層以下的建筑物對結構整體剛度的需求大，工程師若選用剪力墻結構，就能充分發(fā)揮剪力墻結構整體剛度大的優(yōu)勢。同時剪力墻不宜過長，較長的剪力墻宜設置跨高比較大的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（詳《高規(guī)》第7.1.2條），從而避免由于單幅剪力墻過長承擔過多的傾覆力矩而導致剪力墻混凝土壓壞。

4 結束語

本文通過對框架-剪力墻結構和剪力墻結構的分析，探討了框架-剪力墻結構和剪力墻結構在受力特性以及適用高度上的區(qū)別，并根據(jù)個人的工作經(jīng)驗總結了兩者在經(jīng)濟性和實用性上的差異，以實現(xiàn)結構選型上的合理應用。