框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

高銘

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司建筑設(shè)計(jì)院 陜西省西安市 710075）

1 框架-剪力墻的特點(diǎn)

1.1 框剪結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)又被稱為框剪結(jié)構(gòu)，主要是用來抵抗外界的水平作用力，是目前我國在構(gòu)建高層建筑物時(shí)，所廣泛采取的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為使建設(shè)功能得到滿足，建設(shè)過程可使用剪力墻結(jié)構(gòu)布置方法形成自由空間，這樣結(jié)構(gòu)的承載能力會得到改善，且承受載荷是由剪力墻和框架形成的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。在此結(jié)構(gòu)中為實(shí)現(xiàn)水平方向雙向受力，主軸方向須配置剪力墻。若僅在一個(gè)方向上設(shè)置剪力墻，會引起兩個(gè)方向抗震水平作用力不平衡。從而導(dǎo)致整體框剪結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。若在兩個(gè)方向同時(shí)設(shè)置剪力墻，發(fā)生地震時(shí)，如果部分區(qū)域出現(xiàn)損壞，但剩余部分仍具有足夠的承載能力和剛度，來承受更大地震危害達(dá)到抵抗地震的作用。

1.2 框剪結(jié)構(gòu)在力的作用下的變形

框架結(jié)構(gòu)中剪力墻的變形主要分兩種情況即：橫向上的彎曲變形與側(cè)向上的剪切變形。在其結(jié)構(gòu)中，剪力墻靠下處位置變化較慢，橫向位置變化不大，對框架安全有所保證，若框架在剪力墻作用下向左移動，光看剪力墻單獨(dú)的橫向位置移動量要小于框剪的橫向位置移動，但比框架單獨(dú)橫向移動的位置大；在建筑物上部結(jié)構(gòu)中，由于框架受力作用，假使墻會偏左移動，其移動量大于框架單獨(dú)的橫向位置變化，且要小于剪力墻單獨(dú)的橫向位置移動量。這樣在框架結(jié)構(gòu)受力作用影響下，最終減少框架的橫向位置移動，使框架和剪力墻受力分布更加合理化。但由于框架在橫向上的剛度要小于剪力墻的剛度，其受到的剪切力分布也要小，而在受力變形的情況下，框架與剪力墻的剪切力分布承載量會隨著建筑物樓層的高度變化而不斷變化。

2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 抗震設(shè)計(jì)原理

當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑物破壞程度將受地震橫波與縱波影響。眾所周知，地震帶來的危害主要是地殼中能量將以振波形式傳遞到外界產(chǎn)生震動。當(dāng)?shù)卣鸩ㄅc建筑物自振頻率相同時(shí)，形成共振，將會對建筑物產(chǎn)生更大的破壞。但建筑物的自身阻尼會在很大程度上影響地震波帶來的晃動，阻尼值設(shè)計(jì)的大小也能決定自身振動幅度的大小，阻尼值大，對地震波的吸收就較大，振幅就會大幅減小，對建筑物的破壞就會越??；相反阻尼值小，結(jié)果就會對建筑物破壞程度大。因此，在嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則的前提下，可最大程度的加大建筑物自身阻尼，來吸收更多的地震能量，最終達(dá)到建筑物抗震的目的。

2.2 抗震設(shè)計(jì)原則

一項(xiàng)安全可靠的建筑物設(shè)計(jì)在遇地震時(shí)應(yīng)達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的效果，才可以稱得上達(dá)到建筑物抗震的效果。因此，在進(jìn)行框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循以下抗震原則：①剪力墻的設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)應(yīng)保持連續(xù)，不得有中斷；②框剪結(jié)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)量較多、連接較復(fù)雜，因此為了保證結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)件間的連接必須可靠，保證其強(qiáng)度和延展性。

2.3 剪力墻的布置

（1）在發(fā)生地震時(shí)為了減小房屋的扭轉(zhuǎn)震動，房屋的剛度中心與質(zhì)量中心應(yīng)盡量接近，這就要求剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)沿結(jié)構(gòu)單元的縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，通過對其長度和厚度的調(diào)整來做到分散、均勻、對稱。其次，應(yīng)沿兩條以上的軸線布置間距不宜過小剪力墻。另外，最好沿結(jié)構(gòu)獨(dú)立單元的周邊布置剪力墻以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

（2）剪力墻的設(shè)置應(yīng)貫通建筑物的豎向全高；在建筑物平面形狀呈凹凸?fàn)?，且較大時(shí)，在凸出部位周圍應(yīng)設(shè)剪力墻；在建筑物樓梯口，電梯間等較大洞口等處的周圍兩側(cè)，為減少水平剛度的變化，應(yīng)設(shè)置剪力墻。

（3）剪力墻的布置要盡量避免墻面有開大洞的位置，若避免不了墻面有大洞口時(shí)，墻面各樓層間的大洞應(yīng)位于同一條垂直線上，即上下對齊，但要注意，洞口的面積占墻面面積的比值不應(yīng)超過1/6，每個(gè)洞口的梁高不應(yīng)小于層高的1/5，且要注意縱向上設(shè)置剪力墻不應(yīng)集中布置在建筑物的兩端盡頭部位。

（4）在保證安全的大前提下，從成本角度看，剪力墻的厚度不應(yīng)為不變的同一厚度，應(yīng)為從下到上以50mm為級差逐級減?。煌瑫r(shí)混凝土強(qiáng)度等級變化應(yīng)與墻厚變化區(qū)分開。

2.4 剪力墻的數(shù)量

剪力墻的設(shè)置不是越多越好，要在符合經(jīng)濟(jì)、安全、合理的情況下設(shè)置，需滿足以下條件：

（1）為了能夠使框架-剪力墻體系的結(jié)構(gòu)特征凸顯出來，設(shè)計(jì)剪力墻承載地震彎矩值時(shí)，可按第一振型計(jì)算，其值不應(yīng)小于總地震彎矩值的50，否則應(yīng)按框架體系對待。

（2）我國地質(zhì)情況復(fù)雜，對于多地震區(qū)域和少地震區(qū)域兩者來說樓層間最大位移和層高比的計(jì)算結(jié)果應(yīng)當(dāng)有所區(qū)分，前者一般要求不超過1：800 而后者不超 1：100。

（3）把結(jié)構(gòu)重力載荷與地震作用效應(yīng)結(jié)合起來后，對剪力墻來說，其邊框柱的鋼筋受力不會由拉力控制，按拉力計(jì)算出的豎向鋼筋量應(yīng)小于按受壓狀態(tài)計(jì)算出的數(shù)量。剪力墻設(shè)置的多，雖然對抗震有利，但增加了剛度和使用的材料，既不經(jīng)濟(jì)，對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也增加了困難。尤其是在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對剪力墻有最低的限制，即使增加剪力墻，對抗震有好處，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，會增加成本，因此，剪力墻的數(shù)量要合理。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某公共建筑地上樓層15層，地下樓層1層，地下室～2層層高5.5m，標(biāo)準(zhǔn)層高3.4m，普通層高5m。建筑抗震設(shè)防等級Ⅷ度，風(fēng)壓0.40kN/m2，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)甲級，建筑抗震設(shè)防丙類，建筑場地Ⅲ類，框架抗震二級，剪力墻抗震一級。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

設(shè)計(jì)基本原則：

根據(jù)設(shè)計(jì)方案來看1～2層層高為5.5m，層高較大，且空間大，因此，可以采用鋼筋混凝土框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.3 剪力墻的布置與設(shè)計(jì)

據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在負(fù)荷核定不變的前提下，選取平面較大的區(qū)域布置剪力墻，如電梯間平面，樓梯平面，這些地方要保證剪力墻的墻肢和剛度能滿足正比，因此，墻肢越長，吸收負(fù)載力越大，對墻體越不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中剪力墻不宜太長，且實(shí)際工程中可通過在剪力墻體上開孔，來降低其剛度，孔結(jié)構(gòu)應(yīng)上下對齊。

樓梯與豎井通道開洞及樓梯間地板剛度被嚴(yán)重削弱，因此不考慮樓梯板的支撐力，因此需用到剪力墻來做增加開洞位置的剛度，且要注意，需把剪力墻圍成筒狀樣式，這樣在樓梯間、電梯位置的結(jié)構(gòu)，可保證其有能力抵抗扭轉(zhuǎn)，若想保持平面形狀中心和建筑物結(jié)構(gòu)剛心一致，在設(shè)置剪力墻時(shí)，要保證剪力墻在建筑周邊成對稱的排列。

3.4 剪力墻的連梁設(shè)計(jì)

連梁設(shè)計(jì)的存在在建筑物遇到地震發(fā)生時(shí)，首先受到震動考驗(yàn)，大多數(shù)情況下，連梁會將地震力進(jìn)行分配化解，連梁會先受力而屈服，剪力墻的墻肢后受力屈服，這樣通過連梁的設(shè)計(jì)就達(dá)到了強(qiáng)剪弱彎的目的。在設(shè)計(jì)中，若想增強(qiáng)連梁的抗剪承載力，需要在參考整體結(jié)構(gòu)的規(guī)律下，通過調(diào)整計(jì)算模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。

3.5 整體計(jì)算結(jié)果

通過專業(yè)計(jì)算及結(jié)合實(shí)際情況來看，周期比、剪重比以及軸壓比和位移比等數(shù)據(jù)均滿足各項(xiàng)規(guī)范要求，同時(shí)在考慮到結(jié)構(gòu)安全的大前提下，通過對原有結(jié)構(gòu)布置的合理優(yōu)化，另外，最大程度滿足建筑效果的情況下，做到對用鋼量的大幅降低，減少成本。

4 結(jié)語

安全可靠的建筑結(jié)構(gòu)要在抵御地震等自然災(zāi)害的過程中受到最小的損害就離不開框架剪力墻結(jié)構(gòu)，而框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性又直接影響著建筑結(jié)構(gòu)的最終抗震效果，同時(shí)影響著建筑結(jié)構(gòu)的成本構(gòu)成，是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重，又是難點(diǎn)部分，因此為了確保結(jié)構(gòu)的可靠安全，在進(jìn)行框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)充分考慮其抗震性設(shè)計(jì)。

[1]郭兆偉.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[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2011（1）.

[2]傅學(xué)怡，邸博.基于有限基礎(chǔ)剛度的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].土木工程學(xué)報(bào)，2014（4）.