關(guān)于框架

劉吉光

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛快，人們對(duì)高層建筑的需求越來越大，且高層建筑體型日趨復(fù)雜，各種不同功能的用房綜合在一起，組成形態(tài)各異高層建筑，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了一定的難度。在我國大多數(shù)高層建筑設(shè)計(jì)都采用的是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)體系除了抗震性能優(yōu)越，還能夠更好的發(fā)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并研究其中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】框架—剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻設(shè)計(jì)。

一、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所組成。這兩種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和變形性質(zhì)是不同的。在水平力作用下，剪力墻是豎向懸臂彎曲結(jié)構(gòu)。其變形曲線呈彎曲型，樓層越高水平位移增長(zhǎng)速度越快，頂點(diǎn)水平位移值與高度是四次方的關(guān)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(zhǎng)越慢。

2、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，由于框架和剪力墻協(xié)同工作，在下部樓層，因?yàn)榧袅ξ灰菩?，它拉著框架變形，使剪力墻承?dān)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(fù)擔(dān)水平力作用下的那部分剪力以外，還要負(fù)擔(dān)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(chǎn)生的樓層剪力很小，但框架中仍有相當(dāng)數(shù)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(jié)構(gòu)剛度特征值直接相關(guān)。

二、框架—剪力墻設(shè)計(jì)

1、剪力墻的布置

在進(jìn)行剪力墻布置時(shí)，要求均勻、分散和對(duì)稱以及周邊。分散就是要求控制好剪力墻的數(shù)量，不能太少，而且剛度不要太大，要適中，因?yàn)閯偠忍?，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?yàn)榫植堪l(fā)生損壞而影響到整體的性能，要保證不會(huì)使個(gè)別墻受力太集中；連續(xù)的尺寸不要太長(zhǎng)，抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量相對(duì)多一些，分散一些。周邊主要是考慮建筑物抵抗扭轉(zhuǎn)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(shí)，使其保證對(duì)稱，從而大大增強(qiáng)抵抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)臂力，有效提高抗扭轉(zhuǎn)的能力。

剪力墻布置的具體位置應(yīng)設(shè)置在平面形狀變化的位置，通常是端角和角隅等部位的應(yīng)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(huì)削弱樓板的剛度，對(duì)框架剪力墻的設(shè)計(jì)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(duì)于剪力墻的間距，原則上是隨著建筑物不斷的升高，抗震設(shè)防的烈度越高，取值越小。

2、剪力墻數(shù)量的確定

在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，梁、柱截面的尺寸可以由結(jié)構(gòu)構(gòu)造的要求決定。但是剪力墻的數(shù)量關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全和經(jīng)濟(jì)的合理性，因?yàn)閺目拐鸬慕嵌葋碚f，增加剪力墻的數(shù)量可以提升整個(gè)高層建筑物的抗震性能，但是從經(jīng)濟(jì)的角度來說，應(yīng)當(dāng)適量的減少剪力墻的數(shù)量，所以，對(duì)于剪力墻合理數(shù)量的計(jì)算要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般情況剪力墻的合理數(shù)量按照允許的位移決定，在符合裝修要求和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)定點(diǎn)位移與層高的比例的條件下，適當(dāng)增減剪力墻的數(shù)量，要采用結(jié)構(gòu)自振周期校核剪力墻布置的數(shù)量是否合理。在地震周期短和地震力大的地方，可以適當(dāng)?shù)脑黾蛹袅Φ臄?shù)量以增大結(jié)構(gòu)的剛度，或根據(jù)具體的施工情況和建筑高度以及地區(qū)設(shè)防烈度采用不同的方法取值。

3、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)，必須符合相關(guān)規(guī)程。在水平力作用下，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)底層的框架部分所承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩有一個(gè)比值（以下簡(jiǎn)稱力矩比值），根據(jù)這個(gè)比值的不同，要采取不同的設(shè)計(jì)：當(dāng)力矩比值小于l0%時(shí)，按剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中的框架部分應(yīng)按框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)力矩比值大于10%但不大于50%時(shí)，按框架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；力矩比值在50%至80%之間的，按框架?—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加，框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用；當(dāng)力矩比值大于80%時(shí)，按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但其最大適用高度宜按框架結(jié)構(gòu)采用，框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比限值應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)的規(guī)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?！陡咭?guī)》JGJ3-2010規(guī)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(dāng)墻肢的截面高厚比不大于4時(shí)宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。一般剪力墻墻肢較長(zhǎng)，抗側(cè)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(lián)肢墻的墻肢都應(yīng)優(yōu)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(jié)構(gòu)自重，應(yīng)用比較廣泛，但其抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，可用于整截面墻或整體小開口墻及聯(lián)肢墻的墻肢中，但考慮到高層建筑的安全，其數(shù)量不宜過多，規(guī)范對(duì)其有嚴(yán)格的限制。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)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(zhǎng)越好，當(dāng)墻肢高長(zhǎng)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(tài)為彎剪型和彎曲型，其破壞為彎曲破壞，屬于延性破壞?！陡咭?guī)》JGJ3-2010規(guī)定對(duì)于較長(zhǎng)的剪力墻宜設(shè)置弱連梁將其分成長(zhǎng)度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長(zhǎng)度之比不宜小于3，墻段長(zhǎng)度不宜大于8m 。

5、框架—剪力墻中連梁設(shè)計(jì)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻、剪力墻與剪力墻的連接方式有鉸結(jié)與剛結(jié)兩種。鉸結(jié)為通過樓板連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作，剛結(jié)為通過連梁連接來保證剪力墻與框架協(xié)同工作。在鉸結(jié)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(xié)同變形和工作，樓板必須絕對(duì)剛性。在剛結(jié)體系中，連梁對(duì)墻和柱都會(huì)產(chǎn)生約束，連梁將承擔(dān)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(gòu)件，傳遞彎矩、剪力、軸力。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受小于其設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段。當(dāng)遭受高于其設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，連梁形成塑性鉸消耗地震能量，結(jié)構(gòu)剛度降低，自振周期加大，地震力降低，減輕結(jié)構(gòu)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(chǎn)生較大的內(nèi)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免連梁發(fā)生剪切破壞，讓連梁先屈服，形成塑性鉸。

三、結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)不斷興起以及建設(shè)施工技術(shù)高速進(jìn)步的形勢(shì)下，為盡量體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)功能，就應(yīng)該把框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的功用充分融入到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，促使建筑結(jié)構(gòu)更加新穎、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理，從而推動(dòng)著我國建筑行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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