框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

張鵬飛

（大同市華青建筑設(shè)計有限責(zé)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(shù)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(fù)雜，所以我們更應(yīng)重視抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。搞好建筑工程的抗震設(shè)計，不僅能大大增強(qiáng)施工單位的經(jīng)濟(jì)效益，而且能保障人民生命安全和財產(chǎn)安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念分析

現(xiàn)在，對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，我們國家有三級的總體要求。一個水準(zhǔn)，當(dāng)建筑物受到多次地震的影響，其震級低于當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度時，通常沒有損壞或不需要維修就能繼續(xù)使用。當(dāng)建筑物受到與其所在地區(qū)相同的抗震設(shè)防烈度地震影響時，大修后，有損壞或不需要修理的，可繼續(xù)使用。三級水準(zhǔn)，在建筑物受到當(dāng)?shù)氐卣鹪O(shè)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(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，通俗的說就是“小震不壞，設(shè)防烈度的地震可以修復(fù)，大震不倒”。

2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用原則

2.1 整體性原則

對于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，如果從建筑工程項目的角度進(jìn)行分析，那么就必須遵循整體性的基本原則。也就是說，在設(shè)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(wěn)定，避免因局部結(jié)構(gòu)受地震災(zāi)害影響而失去穩(wěn)定，從而給其他結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的連帶影響。同時，由于其本身也劃分為多個結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件，因此為了保證其在使用中的作用和價值能得到有效發(fā)揮，必須保證各子結(jié)構(gòu)的抗震性能在實際中得到優(yōu)化和完善。在此基礎(chǔ)上，保證這些子結(jié)構(gòu)構(gòu)件彼此之間能實現(xiàn)有效的連接，確保建筑結(jié)構(gòu)整體性能的有效提升。

2.2 結(jié)構(gòu)性明確原則

在抗震設(shè)計理念的應(yīng)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(xué)的角度分析的，因此可以看出，應(yīng)保證地震力傳遞路徑在實際中能得到科學(xué)合理的傳遞。在設(shè)計的時候，應(yīng)該遵循結(jié)構(gòu)清晰的基本原則，即應(yīng)確定結(jié)構(gòu)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(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)地震作用下客觀、有效地分析。以最后分析得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震性能的優(yōu)化和完善，從而能最大限度地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。

2.3 結(jié)構(gòu)規(guī)則原則

在設(shè)計中，側(cè)傾剛度可以看作抗震設(shè)計中的重要一環(huán)，為保證結(jié)構(gòu)的抗震效果，必須具備這些條件。為確保建筑本身結(jié)構(gòu)剛度足夠，必須對側(cè)移剛度進(jìn)行判斷，并保證剛度的均勻。一般建筑主要抗側(cè)移構(gòu)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(xué)性。

3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1 提高剪力墻的抗震能力

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該在剪力墻的四周添加梁柱，如此便能構(gòu)成邊框剪力墻，從而避免出現(xiàn)斜向裂縫擴(kuò)展至相鄰結(jié)構(gòu)的問題，此外，還能在剪力墻被嚴(yán)重破壞之后發(fā)揮承載作用，當(dāng)然，前提是邊框結(jié)構(gòu)務(wù)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(chǎn)生之后，抵御梁柱所形成的附加剪應(yīng)力，最終達(dá)到良好的抗震效果，也就實現(xiàn)剪力墻抗震性能提高的目標(biāo)。

其次，肢墻面積應(yīng)該合理規(guī)劃，構(gòu)成多肢墻或是雙肢墻，并嚴(yán)格控制洞口位置的連梁，從而形成一種耗能結(jié)構(gòu)，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(xiàn)剪切破壞和底壁過早屈服的問題。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震性能

首先，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的角柱。若是角柱的抗剪性能得到增強(qiáng)，那么框架結(jié)構(gòu)的整體性同樣能夠顯著增強(qiáng)，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(jié)構(gòu)抵抗推力的剛度與整體性，使結(jié)構(gòu)側(cè)向移動的幅度顯著降低，尤其是層間位移會大大地減小，當(dāng)然還應(yīng)該采取切實有效的措施防止出現(xiàn)延性降低的問題。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用偏交斜撐等輔助構(gòu)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(fā)生很嚴(yán)重的地震、不僅能通過輔助構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)。

3.3 強(qiáng)化整體框架剪力墻結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性

建筑內(nèi)部各個部件是處于相輔相成、互補(bǔ)的狀態(tài)，所以要使建筑的整體質(zhì)量得到保證，必須使內(nèi)部各工件的工作和操作處于一個協(xié)調(diào)的狀態(tài)，而要實現(xiàn)這個目標(biāo)就要做到下面幾點：

①優(yōu)化承載性能與結(jié)構(gòu)剛度之間的關(guān)系，在高層建筑中，剪力墻數(shù)量與建筑體積之間呈正相關(guān)，剪力墻若是數(shù)量越多，就會間接提高建筑物的抗震性能，當(dāng)然，若是剪力墻數(shù)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(shè)計中，必須保證框剪與剪力墻的數(shù)量、剛度等的相對平衡情況；②務(wù)必協(xié)調(diào)建筑物延性與剛度，不可出現(xiàn)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(wù)必重視此問題，真正讓二者之間形成良好的協(xié)作關(guān)系，方能使高層建筑的抗震性能得到強(qiáng)化。

4 框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要點

4.1 墻板的布置

框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計中，布剪是關(guān)鍵，對高層建筑的抗震效果影響較大。大多數(shù)情況下，將剪力墻安裝在平面結(jié)構(gòu)上的變形部位，應(yīng)當(dāng)遵循以下思路：

（1）均勻分布。一般為保證建筑物的整體穩(wěn)定，剪力墻應(yīng)設(shè)置在建筑物平面結(jié)構(gòu)起伏大，垂直荷載大的位置，且雙向?qū)ΨQ分布。

（2）墻截面應(yīng)盡量保證形狀規(guī)整，如果建筑物形狀不規(guī)則，但盡可能在凸出的結(jié)構(gòu)上設(shè)置剪力墻，以確保其抗側(cè)剛度符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)量和密度的科學(xué)控制。掌握剪力墻安裝的數(shù)量和密度；利用剪力墻的剪切作用，也應(yīng)均勻地安裝，分散化的布局，提供了擴(kuò)展的建筑空間。

（4）提高剪力墻結(jié)構(gòu)的延展性；注重控制剪力墻的長度，這樣就保護(hù)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(dá)標(biāo)。

4.2 基礎(chǔ)與地基的概念設(shè)計

地基條件影響建筑物的抗震能力，其破壞程度取決于結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)程度。底座是支撐上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對建筑方案和上部結(jié)構(gòu)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(shè)計，與此同時，場地地質(zhì)條件也是進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計的必要前提，地基基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)充分了解擬建場地的地質(zhì)條件，再進(jìn)行地質(zhì)勘察時宜細(xì)不宜粗。如地基下土質(zhì)均勻、不液化、承載力足夠，同時，上面的結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)因素。如軟土、液化土、新填土或土層嚴(yán)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(yīng)注意的是，同一棟建筑物，不同性質(zhì)的地基土不宜設(shè)置在一起，在高層復(fù)雜建筑中，應(yīng)采用組合上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，樁基、箱式基礎(chǔ)、筏式基礎(chǔ)和樁—箱式基礎(chǔ)是基礎(chǔ)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(yīng)多種復(fù)雜的高層建筑形式，同時也具有許多復(fù)雜的地質(zhì)條件。無論是普通的建筑物還是復(fù)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(jīng)濟(jì)性的同時，必須保證不發(fā)生不均勻沉降。

4.3 抗震縫的概念設(shè)計

當(dāng)建筑的平面和立面布置非常復(fù)雜時，可考慮利用防震縫將結(jié)構(gòu)分割為獨立的幾個單元。但是注意兩點：

①地震斷層的設(shè)置，是為了將復(fù)雜的平頂和立面，把建筑分成簡單大小。設(shè)置縫隙后，結(jié)構(gòu)自振周期也發(fā)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(gòu)件布置合理，硬度均勻?qū)ΨQ，否則也會增加震害。因此，防震縫的設(shè)置應(yīng)根據(jù)地震反應(yīng)大小、結(jié)構(gòu)布置及地基土的性質(zhì)確定，以觀念的方式進(jìn)行決策，還應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行地震反應(yīng)分析比較；②如果確定要設(shè)置防震縫，就是結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)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(yīng)避免硬封材料的卡縫而導(dǎo)致失效。防震縫的相關(guān)條文詳見《抗規(guī)》3.4.5條和《高規(guī)》3.4.9條。

5 結(jié)束語

簡而言之，建筑物是人們生產(chǎn)和生活的重要場所，為避免地震帶來的麻煩，在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要注意抗震的重要性，將抗震性能作為設(shè)計的主要指標(biāo)，并且使之能滿足建筑物多種使用要求，提高建筑物的設(shè)計質(zhì)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(diào)查中得到的教訓(xùn)，對概念進(jìn)行綜合，在抗震設(shè)計中起到指導(dǎo)作用。