浅议框架剪力墙结构设计的几个要点

浅议框架剪力墙结构设计的几个要点
摘要：随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。

于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式。

本文从几个不同的方面对剪力墙设计做了研讨。

关键词：框架；剪力墙；结构设计
Abstract:Along with the people to theresidential, especially high-rise residentialplane and spaceof the increasingly high demand,the original ordinaryframe structurebeamLuzhu,common shear wallstructureof the architectural spaceseparatedstrictly limitedand cannot satisfy the requirements forresidentialspace. Thenon the basis of the originalwall,which absorbs the advantagesof frame structure,and graduallydeveloped to adapt to thetype ofpeoplenew residentialconcept of high-rise residentialstructure.This articlefrom several different aspectsof shear walldesignresearch.
Keywords: frame;shear wall;structural design
引言：近年来，随着人们对住宅，特别是小高层及多层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。

“短肢剪力墙结构”这种新的高层住宅结构体系由于克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，有利于住宅建筑布置。

剪力墙房屋的设计要求1、选择有利的建筑形式
在抗震设计中，建筑平面应尽可能简洁、规则，结构的刚心与质心相一致，以减少地震作用下结构产生的扭转效应。

剪力墙的方案布置、墙量的多少、墙片的大小应合理。

由于底部框墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。

因此在剪力墙布置方案上一定要坚持均匀、对称、周边、分散的原则，墙片不宜过长，应以墙片高宽比1.5左右为为宜，墙片平面形式不宜采用提高抗侧刚度的“Ｌ”“Ｔ”等平面形式，而是尽可能采用“一”字形。

这是因为只有弱化每一单片剪力墙的刚度，才有可能实现均匀分散多道设防的目标。

同时还应控制剪力墙的最大间距，以期符合规范的要求。

纵向抗震墙还应在外纵轴布置开窗洞的抗震墙或剪力墙，这样大大增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。

2、建筑高度和层数的限值
以往震害资料及文献的分析表明，底层框架剪力墙房屋的震害随着楼层数的增加而加剧。

因此底层框架——剪力墙结构应满足高度和层数的限值.所谓房屋总高度是指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。

半地下室从室内算起，全地下室或嵌固条件好的半地下室应从室外地面算起。

带阁楼的坡屋面应算到山间墙的1/2高度处。

室内外高差大于6米时，房屋总高度应允许适当增加，但不超过1米。

3、严格遵守抗震规范
对不同设防烈度的第二层与第一层侧移刚度比的限值规定在历次地震中，底层框架房屋结构之所以发生严重破坏，其原因就在于底层层间刚度与上部层间刚度比过于悬殊。

当地震作用集中在底层时，由于底层较上部结构小得多的侧移刚度，造成非常突出的底层弹塑性变形集中现象。

因此，控制底层与上部侧移刚度比是很必要的。

二、底层框架柱网的设置
底层应为全框架，至少应是框架形式，即在内柱纵、横轴线的内、外墙中均设柱或构造柱，且纵横两向均应形成框架形式。

底部框架结构的柱网不宜过大，一般控制在7.5ｍ左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。

首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间(4.2ｍ+3.3ｍ或4.5ｍ+3.3ｍ)，(大于 4.2ｍ，已为大开间，其面积比受到规范限制)，无论上部为住宅楼，还是办公楼，上述跨度对应的上部开间尺寸足以满足砌体结构所能实现的功能。

而且可以控制框架梁上仅有一道悬墙。

同时考虑底部框架梁横断面高度取值应控制在1／5～1／8梁跨，如果柱网过大，会使梁断面及配筋出现异常现象，而上部悬墙数目增多，更会加重这种现象。

控制柱网尺寸，给出规定限值，限制框架梁上的悬墙数目，对底层框架——剪力墙结构来说非常重要。

三、上部剪力墙体系1减轻结构自重减轻结构自重，可直接减少混凝土用量，同时减小垂直荷载和水平地震力，进一步减小结构内力，改善经济指标，特别是基础和转换层的混凝土和钢材耗用量。

1.1楼板楼板覆盖整个建筑面积，减小楼板厚度即为每平方米建筑面积所减小的混凝土量。

采用把楼板厚度控制在满足板的厚度与计算跨度要求的比值，并满足防火和预埋管线要求的较小值即100mm，以取得最低的混凝土消耗.1.2剪力墙在考虑楼板的同时亦考虑剪力墙混凝土的消耗最少。

按开间扩大剪力墙的间距，将部分开间的墙体用轻质隔墙取代，能有效地减少混凝土用量。

为不增加板的跨度，使楼板厚度100mm得以实现，在隔墙处设置梁。

由于居住建筑开间和进深一般都不大，取梁宽与隔墙等厚，以免露梁。

为减轻自重，剪力墙厚度分200mm及250mm两种，沿高度分两次变化，即墙厚250mm减到200mm，墙厚200mm减到160mm.2、减小刚度框支－剪力墙结构其上部剪力墙刚度偏大，应减小其刚度，使上下刚度尽量接近，以改善结构的抗震性能。

2.1 扩大剪力墙间距按开间扩大剪力墙间距，不但能减少混凝土用量，也有利于减小刚度。

2.2 剪力墙留设结构洞较长的墙体留设结构洞，洞用轻质墙体填充，可有效地减小剪力墙结构的刚度。

2.3 增高转换层上一层的楼层的高度框支－剪力墙结构应控制转换层上、下层的剪切刚度比。

增高转换层以上楼层高度，能直接改善剪切刚度比。

往往转换层下部为大空间，层高较高；转换层以上是住宅，层高较低，造成剪切刚度比加大。

本工程利用住宅底部的设
备层，将设备层和底层住宅设计成一个结构层，层高4.55m，采用设备层顶板即住宅底层底板与剪力墙之间留缝脱开实现为一个结构层，可减小上、下层剪切刚度比的差距。

四、转换层设计
1 减轻转换层自重香港地区此类建筑物较多，但它们不考虑抗震设防，而注重综合的效益，对结构经济指标控制不很严格，因此一般均采用厚板为转换层。

厚板材料耗用量大，结构经济指标差，因其自身重量大，又带来地震作用大，使框支内力增大。

本工程设计时从减轻自重出发，尽管上部剪力墙方向复杂，仍优先考虑梁系转换。

梁高2m，梁宽一般为1.2m、1.5m及 1.8m.2.、加强梁的抗扭刚度计算结果显示梁的扭矩大，配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求，因此采用部分封底，形成箱形，转换层上、下板厚均为200mm.3、加强转换梁与中筒的连接转换梁与中筒连接处负弯矩大，钢筋锚固构造也存在问题，且转换梁断面与筒体壁厚500mm显得不很协调，故采用在转换层的高度范围筒体设置钢筋混凝土箍，以加强此处连接。

五、框支层设计框支－剪力墙结构的薄弱部位在框支层，故加强其延性，提高抗震性能是十分重要的。

采用钢纤维混凝土，提高抗震性能：为提高框支层抗震性能，提高其延性，国内已有工程采用型钢混凝土结构及配有构造纵向钢筋及螺旋箍筋的钢筋混凝土柱。

本工程框支层竖向构件包括墙和柱，采用钢纤维混凝土，1m3混凝土内钢纤维掺量为80kg，可提高抗拉强度设计值约35％，提高抗剪强度设计值约50％。

除强度提高外，钢纤维混凝土与普通混凝土同时使用，不需要采取特殊的构造措施，因此可用于设计需要加强的部位，而不需要的部位可以不用，具有较大的灵活性。

本工程地下3层，由于地下室墙多，抗震性能较好，不必采用钢纤维混凝土，但为了有一过渡，钢纤维混凝土用于地下1层至转换层顶面的竖向构件。

施工时注意钢纤维应搅拌均匀，避免结团；采用商品混凝土时，也可以委托搅拌站提供钢纤维混凝土。

参考文献：
[1]吕文、钱稼茹，基于位移延性剪力墙抗震设计《建筑结构学报》1999.3 。

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》中国建筑工业出版社。

［3］龙卫国．异形柱受力性能及结构设计有关问题探讨［J］．四川建筑，2000,20(2):50-52.。