框架—剪力墙结构的抗震设计要点

框架—剪力墙结构的抗震设计要点
作者：冯阿巧
来源：《科学与财富》2013年第06期
摘要：随着我国经济的发展和社会的进步，我国的建筑行业做出了巨大的努力，作为国民经济的重要组成部分，建筑业和我国的社会发展息息相关。

而我国又是一个自然灾害严重的国家，地震、滑坡、泥石流等自然灾害的发生给建筑也带来了前所未有的影响，给人民的生命和财产安全造成严重的威胁。

本文从这个角度出发，重点阐述了在我国的建筑行业中使用的一些新型的抗击灾害的技术，同时指出了框架一剪力墙结构的房屋设计是当今较好的设计类型之一，具有良好的抗震作用。

关键词：框架一剪力墙；剪力墙数量；剪力墙布置
前言
现代社会，人们对于环境、生存质量的要求逐渐提高，然而随着地震等自然灾害的发生，各种的问题随之而来，给人们的日常生活带来了极大的危害和困难。

近些年来我国地震的反复发生给人们敲醒了警钟，在地震中致命的不是地震本身，而是未采取抗震措施或抗震措施采用的不当低质量的建筑物的倒塌，因此结构的选型、施工的质量等问题是建筑行业必须关注的重要问题。

一般来说，框架结构的受力比较均匀，加设剪力墙之后，更提高了抗震性能，本文从框架-剪力墙结构入手，说明了在当前的建筑设计中，一些合理的结构方案布置会带来更好的抗震效果，为我们的生活提供了更加安全保障。

一、框架-剪力墙结构概述
过去，由于人们对于地震等自然灾害的认识不足，造成了在地震中大面积建筑物的倒塌，这主要是自然和人为两个因素造成的。

自然因素是近些年我国地质灾害增多，很多的未进行抗震设防的建筑难以抵制；人为因素主要是指在建筑、结构的设计和施工中缺乏一定的标准，或是抗震设计达不到法规的要求，造成房屋倒塌的危险。

因此，抗震性能良好的建筑物被广泛兴建，特别是框架-剪力墙结构的建筑物，以其良好的抗震性能受到工程师的青睐。

在框架-剪力墙结构的建筑物中，合理布置剪力墙，即满足建筑对大空间使用的要求，又使材料的刚性和空间的配置能够达到规范的要求，这种情况下，房屋的承载能力和防震能力会进一步提升，从而减少地震等自然灾害对于房屋的影响。

1.框架-剪力墙结构概述
框架-剪力墙结构俗称框-剪结构，这种结构主要是由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙组成，剪力墙的作用是主要的抗侧力构件，是抗震设防的第一道防线。

这种结构普遍应用于高层建筑或抗震设防烈度较高地区的多层建筑。

规范规定，在基本振型地震作用下，当剪力墙承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，我们定义为框架-剪力墙结构，房屋最大高度、框架及剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构取值；当剪力墙承受的地震倾覆力矩不足结构总地震倾覆力矩的50%时，我们定义为带有少量剪力墙的框架结构，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。

2.框架一剪力墙结构的优点
2.1. 在抗震设防烈度相同时，框架一剪力墙结构因其抗震能力较接近剪力墙结构，规范允许的房屋最大高度比框架结构要高很多；
2.2 框架一剪力墙结构比起剪力墙结构，其建筑空间布置更加灵活，可以有较大的空间区域，更容易满足使用功能的需求，如办公楼、医院的住院楼等；
2.3. 框架一剪力墙结构在水平荷载作用下的整体侧向变形介于弯曲型与剪切型之间，是中庸的类型；在建筑材料用量、工程造价、施工速度、使用的舒适度等各方面都比较适中。

3.框架一剪力墙结构的受力特点
框剪结构的受力特点，是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，所以它的框架不同于纯框架结构中的框架，剪力墙也不同于纯剪力墙结构中的剪力墙。

框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大；剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。

框架一剪力墙结构，由于两种结构协同工作，变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了很大的提高。

因此，在这种结构中，需要合理地确定剪力墙的位置、数量，成为关键问题。

二、.剪力墙数量的合理确定
2.1地震荷载与剪力墙刚度之间的关系
地震荷载与剪力墙刚度成正比关系，即地震荷载随剪力墙刚度的增大而增大，随剪力墙刚度的减小而减小，剪力墙刚度越大，吸收的地震荷载也越大。

但如果剪力墙的布置过少，则其刚度会相应的减少，房屋的变形增大，层间位移角不满足规范要求，不能抵抗地震荷载；反之，如果剪力墙布置的过多，则其刚度会相应的很大，房屋的自振周期减小，引起了地震荷载的增大，而且所耗的材料也会增大，施工工期也会加长，同时限制了建筑空间的有效使用。

所以，我们要研究的主要任务是怎样合理选取剪力墙的刚度，选取一个合适的剪力墙刚度不仅减小了地震荷载，而且又满足了房屋的使用和变形要求。

2.2剪力墙合理数量的确定
根据参考文献[1]中有关公式，可以大致算出剪力墙的用量。

但实际设计过程中，多数工程师更倾向于先参考以往类似布局及房屋高度的工程，根据实际工程情况，在征得建筑师的同意并在其密切配合下，利用方便的计算程序，经过多次试算，最终确定剪力墙的布置数量。

另一方面，剪力墙数量的合理与其布置的位置密切相关。

三、剪力墙位置的合理设置
《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：框架-剪力墙结构可采用下列形式：
1 框架与剪力墙（单片墙、联肢墙或较小井筒）分开布置；
2 在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙（带边框剪力墙）；
3 在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙；
4 上述两种或三种形式的混合。

对于框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：
1 剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；
2 平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；
3 纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式；
4 单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%；
5 剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；
6 楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；
7 抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

剪力墙的布置还应注意以下几个方面：
3.1平面布置
剪力墙应双向布置，每个方向的剪力墙应尽量做到均匀、对称，当结构的第一周期为扭转周期时，应沿结构平面的周边布置，且布置在端部、转角部位更能有效地控制结构的扭转，同
时尽量做到楼层平面的刚度中心与楼层结构的质量中心相结合，保证结构的第一及第二周期为平动，且结构的第一扭转周期与第一平动周期的比值小于0.9，以满足规范的要求，提高结构抗扭能力，增加结构的安全性。

3.2剪力墙的厚度
剪力墙的厚度不应小于160mm且不应小于层高的1/20，底部加强部位的剪力墙厚度不应小于200mm，且不应小于层高的1/16。

剪力墙的周边应设置边框梁，和端柱组成边框；边框梁宜与同层框架梁相同；端柱截面宜与同层框架柱相同；剪力墙底部加强部位的端柱和紧靠剪力墙洞口的端柱宜箍筋沿柱全高加密间距100mm。

剪力墙的竖向和水平向分布钢筋，配筋率均不应小于0.25%，并且双排布置，拉结筋问距双向不大于600x600mrn，直径不应小于
6mm。

3.3剪力墙的间距
对于长矩形平面或平面有一部分较长的建筑，其横向剪力墙沿长方向的间距宜满足规范的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；且纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。

3.4剪力墙的长度
每一墙肢的长度不宜大于8m，过长的墙肢可以利用留设高度不小于2/3层高的施工洞口，划分成两个以上的墙肢，形成联肢墙。

施工洞口的留设，同时也方便了施工时的运输及通行，施工洞口可后砌轻质填充墙，材料与框架间的轻质填充墙体一致。

四、结语
现今，在我国的房屋设计中，结构的抗震设计是必不可少的，抗震规范也逐渐从严控制。

具有优异抗震性能的框架—剪力墙结构现已被广泛地应用于各类房屋建筑中。

这种结构融入了框架及剪力墙的优势，能够更好的承担地震的负荷，保证人民的生命和财产安全，做好防震减灾工作，不仅是建筑行业的大事，也是我国经济发展和社会进步的保证。

参考文献
[1] 张瑞文. 框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J]. 山西建筑. 2010（01）
[2] 张洁贤，张永胜，赵旭飞.框—剪结构在地震荷载作用下的优化设计[J]. 山西建筑. 2010（09）
作者简介：冯阿巧，女，哈尔滨人，高级工程师，国家一级注册结构工程师，从事结构工程设计工作。