钢筋混凝土框架—剪力墙结构设计论文

钢筋混凝土框架—剪力墙结构设计论文

摘要：框架-剪力墙结构具有较好的延性和耗能能力，是一种较为理想的抗震结构形式，合理设计框架、剪力墙以及连梁，对框架-剪力墙结构抗震能力是非常重要的。

1 框架-剪力墙的变形及受力特点

1.1 框架-剪力墙结构的变形特点

在框架结构中加设适量的剪力墙，二者通过楼盖协同工作，使结构的抗侧度和承载力都有明显提高。在水平荷载作用下，框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主，而剪力墙的变形则以弯曲型为主。由于两者是受力性能不同的两种结构，因而两者之间需要通过楼板的协同工作。由于楼板平面内刚度很大（计算中假定为无限刚性），因此在同一楼板处必有相同的位移，这就形成了框架-剪力墙结构特有的变形曲线，呈反S形的弯剪型变形曲线。框架下部位移增长迅速，上部增长较慢，剪力墙则与之相反。在框架-剪力墙结构下部，侧移较小的剪力墙对框架提供帮助，框架-剪力墙的侧移比框架单独侧移小，比剪力墙单独侧移大；而上部，框架又可以对剪力墙提供支持，其侧移比框架单独侧移大，比剪力墙单独侧移小。最终其上下各层层间变形趋于均匀，并减小了顶点侧移。同时框架各层层间剪力趋于均匀，各层梁柱截面尺寸和配筋也趋均匀。

1.2 框架-剪力墙结构的受力特点

剪力墙的侧移刚度远大于框架，因此剪力墙分配到的剪力也将远大于框架。由于上述变形的协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力分

布沿高度在不断调整。框架结构在水平力作用下，框架与剪力墙之问楼层剪力的分配比例和框架各楼层剪力分布情况随着楼层所处高度而变化，与结构刚度特征值直接相关。框剪结构中的框架底部剪力为零，剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部，而纯框架最大剪力在底郜。因此，当实际布置有剪力墙（如：楼梯间墙、电梯井道墙.设备管道井墙等）的框架结构，必须按框架结构协同下作计算内力，不应简单按纯框架分析，否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全。

框剪结构，由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并有带边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁所组成，具有多道抗震防线，从国内外经受地震后震害调查表明，的确为一种抗震性能很好的结构体系。

2 框架-剪力墙结构中剪力墙的设置

2.1 剪力墙的平面布置

剪力墙的平面布置原则是均匀、分散、对称、周边布置。均匀、分散原则是要求每片剪力墙的刚度不要太大，连续尺寸不要太长，使剪力墙的数量多一些、分散一些，每一片墙肢的弯曲刚度适中，不会因为个别墙肢的局部破坏而影响整体的抗侧力性能。刚度愈大的墙肢承担的吸收荷载也愈大，要考虑墙肢开洞来减轻个别墙肢的刚度集中问题。周边原则是为了使建筑物的刚度中心和平面形心尽量吻合，保证建筑物抗扭能力。一般情况下，剪力墙宜布置在竖向荷载较大处、平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处、楼梯间。但纵向剪力墙不宜设置在独立结构单元的两端，以免纵向框架梁和楼板因受到变形约束

的区段过长而产生较大的收缩和温度应力。剪力墙的布置还宜在应力易集中处：如端部转角处、凸凹角处等等。

2.2 剪力墙的竖向布置

剪力墙在竖向宜沿建筑物全高设置，尽量不要中断，且横向与纵向的剪力墙宜相连。但在实际工程中由于建筑物使用功能的要求，也有部分剪力墙不能落地，因此，也要对转换层采取加强措施。剪力墙宜在两个主轴方向组合布置成L形、T形以及口字形的筒体，尽量避免一字形墙的出现，这样可以提高剪力墙身的刚度，但单片长度较长的剪力墙（不小于8m）宜开洞处理，在建筑使用功能中不要求该处出现洞口时，需要用填充墙体填充处理（墙体厚度与剪力墙同）。洞口在竖向上，宜对齐处理，洞口两侧应按先行规范设置边缘构件，采取加强措施，满足使用功能的要求。

2.3 剪力墙的间距

为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，应控制剪力墙的最大间距，现浇混凝土楼盖L/B=2～4为宜。原则是建筑物愈高、抗震设防烈度愈高，间距取值愈小。

2.4 剪力墙的数量

在高层剪力墙结构中，剪力墙的数量既不能过多，也不能过少。从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震力和材料用量增大，造价高，基础设计困难。因此，剪力墙的数量应适宜。剪力墙数量多框架-剪力墙结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。

日本震害调查表明：当每2m楼面平均剪力墙长度少于50mm 长时，震害严重；在50-150mm之间时，震害中等；长150mm以上，震害轻微。目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况、建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。

3 框架-剪力墙结构的连梁

3.1 剪跨比不同的两种连梁

在框架-剪力墙结构中，合理的设计连梁对于结构的安全性能至关重要。当连梁的剪跨比小于5时，竖向荷载作用下，其承受的力很小，连梁的所承受的弯矩也很小，因此不会影响配筋的作用。但在水平荷载作用下时，其所承受的剪力很打，所承受的剪切弯矩相应的也很大，容易发生剪切破坏。因此当连梁设计剪跨小于5时，其抗震等级需要与剪力墙抗震等级相同。当连梁的剪跨大于5时，可按照框架结构设计。

3.2 连梁的设计要点

连梁设计的要求符合强剪弱弯的原则，连梁的屈服要早于墙肢的屈服，并保证墙肢和连梁具有良好的延性。因此在设计中，为了建立合理的结构模型，我们应该把握以下几种方法：

（1）连梁刚度的折减

《高规》第5.2.1条规定：在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构的连梁刚度可以折减，折减系数不宜小于0.5。之所以考虑对连梁刚度进行折减，是由于在侧向荷载作用下，混凝土的开裂引起了刚度降低。在地震作用下，连梁的裂缝开展和塑

性变形比在风荷载作用下更大，因此刚度降低更多。刚度折减越多意味着在设计荷载作用下裂缝开展越大。在超载时，如发生强大的阵风力或地震烈度超过多遇地震烈度时，塑性铰就会出现更早，所以要加强连梁的延性和使连梁符合强剪弱弯要求。对位移由风荷载控制的建筑，为避免连梁在使用荷载作用下裂缝开展过大，连梁刚度折减系数不宜小于0.8。按《高规》规定，在计算竖向荷载作用下的内力时，对已经考虑连梁调幅的，不应再考虑刚度折减。

（2）加大连梁跨度减小其高度

在连梁设计过程中，其刚度经折减后，仍有可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减小连梁刚度。减小结构的整体刚度，就是减小了地震力作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。但是调整的幅度不宜过大，且连梁必须满足强剪弱弯原则。

4 结语

框架-剪力墙结构具有较好的延性和耗能能力，是一种较为理想的抗震结构形式，合理设计框架、剪力墙以及连梁，对框架-剪力墙结构抗震能力是非常重要的。本文从框架剪力墙的结构设计特点开始，阐述了框架-剪力墙结构的受力与变形、剪力墙的设置等方面，探讨了对框架-剪力墙结构的连梁设计问题。从中可以得出，在进行框架-剪力墙结构设计时，我们应采取合适的措施和方法，最大限度的优化设计，使结构方案在满足安全的前提下，力争经济合理。