框架剪力墙结构的抗震分析设计

【摘要】对框架剪力墙结构概念设计及抗震分析进行了探讨，从多个角度论述了抗震设计要点。

【关键词】框架；剪力墙；抗震；
引言
框架剪力墙结构同时使用框架和剪力墙两种结构体系，将两者结合起来共同承受竖向和水平荷载，可大大减少结构本身侧移，并可有效提高结构的抗震能力，研究标明框架剪力墙结构中的剪力墙可承担总水平地震作用的80％及以上，其余部分方由框架结构承担，因此在框架剪力墙结构中如何合理确定剪力墙的布置和数量已成为重要课题，其可直接影响到建筑的抗震性能及经济效益。

1 框剪结构概念设计及抗震分析
框架剪力墙结构应设计成为双向抗侧力体系，结构的两个主轴方向均应布置剪力墙，在一个独立结构单元内平面布置应简单、规则、对称，并应避免导致应力几种的凹角和狭长的缩颈部位，竖向应尽量避免出现外挑，存在内收也不宜过多、过急，并应力求刚度均匀避免突变以及薄弱层的出现；结构承载力应自下而上逐步缩小，避免应力集中，最终结构的承载力、变形能力和刚度均应连续变化以适应结构抗震性要求；该种结构的抗震设计应有多道防线，并应保证节点的承载力和刚度与构件相适应，在构造设计时应采取有效措施防止其发生脆性破坏并可保证结构有足够的延性【1】。

为提高结构的抗震性能，框架剪力墙结构中的剪力墙应均匀布置在建筑物的周边，对内部平面变化较大的部位其剪力墙间距不宜过大，平面形状凹凸较大时应在凸出部位端部设置剪力墙；结构框架梁柱、与剪力墙的轴线宜重合在同一平面内，剪力墙应贯穿建筑物全高，并应避免刚性突变，剪力墙的布置应使结构各主轴方向的侧向刚度接近等。

2 框架剪力墙结构抗震设计要点
2.1 强调概念设计
框架剪力墙结构抗震设计首先应选择合理的结构形式并确定可靠的传力途径，整体结构应设计成为双向抗侧力体系，结构平面形状宜规则、对称，结构在主轴的两个方向的动力特性应接近，并应尽量实现结构质心与重心重合，避免虚假对称的结构平面以及加强结构周边的抗扭刚度并减小扭转效应；抗震设计过程中结构两主轴方向均应布置剪力墙且其间距不宜过大，若剪力墙体需开凿较大洞口则应适当减小间距；对异型柱结构中处于受力不利部位的异型柱可采用一般框架柱来改善结构的整体受力性能。

2.2 提高剪力墙的抗震性能
可将剪力墙做成四周有梁柱的带边框墙，可利用边框和暗框来防止斜裂缝的发展，并可在墙板破坏后作承重构件来代替墙板承重并具有一定的延性，边框应具有足够的斜截面受剪承载力来承担因墙身通裂对边框梁柱带来的附加剪力；在肢墙设计时可设结构洞口或结构竖缝变为双肢墙或多肢墙，可将裂缝和屈服部位出现在结构竖缝或洞口连梁部位以形成能耗机构，并可将原剪力墙一分为二，降低其刚度以免剪力破坏的发生；研究标明当连梁的跨高比为5时其延性和能耗均优于跨高比为1时，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在8以上，其滞回曲线也相当饱满，因此在设计过程中应对其组成和构造采取一定措施【2】。

2.3 提高框架的抗震性能
由于角柱是连接纵横框架的枢纽，因此可通过增加角柱的措施来增加框架的空间整体性；在周圈框架平面应按照k型支撑和x型支撑布置一定数量的钢筋混凝土抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板以克服框架的剪力滞后现象，并可提高框架的整体性；由于折曲撑由钢纤维混凝土杆制造，偏心连接支撑可用钢杆或劲性钢筋混凝土杆组成，在地震发生时便可用该赘余杆件的先期屈服和变形来耗散能量，且当赘余杆件破坏或退出工作后使结构由一种稳定体系过渡
到另外一种稳定体系，于是可引起结构自振周期的改变，即可避免地震周期内长时间持续作用所引起的共振效应。

2.4 加强整体结构抗震性能
可通过实行机构控制来实现总体屈服机制，在结构的特定位置设置一定数量的人工塑性铰，对塑性铰发生的部位、顺序及塑性程度进行控制从而使得结构在强震作用下能够形成最佳的能耗机构，其在水平作用下实现水平构件先于竖向构件屈服，最后是竖向构件底部屈服；并使结构的刚度和承载力相互匹配以及结构的刚度和延性相互匹配。

2.5 设置多道防线
任何一个抗震性能好的结构体系应该由若干个延性较好的分体系组成，并应由延性较好的结构构件连接起来协同工作，当地震发生时，建筑物自身内部、外部赘余杆件吸收并消耗大量的地震能量，因此可减轻地震灾害，一般框架剪力墙结构是延性框架和抗震墙两个系统组成，其有框架和墙体两道防线。

2.6 合理运用地震作用方向
可通过引入水平力与整体坐标夹角来满足结构设计需要，并通过对不同方向下结构受力和变形情况的验算使结构趋于安全；因建筑结构在不同方向表现出不同的刚度性质，因此相同的地震力沿不同方向作用于结构的作用不同，结构反应的剧烈程度也不相同，因此会存在一个最不利地震作用方向，一般在结构平面的主轴，结构沿该方向的地震反应也最为剧烈；对于包含斜交抗侧力构件的结构不管地震作用于哪个方向均无法同时保证所有的构件处于最大的内力状态，因此抗震规范规定对于包含有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应对各抗侧力构件方向的水平地震作用分别计算；对包含斜交构件的结构，因每个构件的最大风荷载作用有所不同，因此应对所有构件的风荷载均按照最大荷载作用，并通过对水平力于整体坐标的夹角进行修改，并在不同角度下计算，过程中应尽量顾及每个构件可取得最大迎风面积，最终整个结构的设计可基于多次计算的结果，每个构件取最大值【3】。

2.7 刚度及承载力相互匹配
在框架剪力墙结构中，若剪力墙数量多、厚度大，其刚度自然也大，但会导致结构自振周期减小，总的水平地震作用增大，反之若刚度小则地震力也相应变小，因此在设计过程中应根据建筑的重要性、装修等级和抗震设防烈度等因素来综合这一矛盾，最终确定结构的侧移限值，从而定出抗震墙的数量、厚度，实现结构既安全又经济。

2.8 刚度和延性相匹配
由于剪力墙和框架在刚度、弹性极限变形值和延性系数等放卖弄存在的差异导致该种复合结构的抗震性能大打折扣，致使各构件不能同步协调的发挥材料抗力而出现逐个被击破的情况，因此大大降低了构件的利用效率和整体的抗震可靠度，因此在设计时应尽量使框架和剪力墙的刚度和延性相互匹配，并可通过设置带竖缝的剪力墙，其在水平力作用下所产生的位移不以墙体的剪切变形为主而变为以柱的弯曲变形为主，原来出现在墙面上的斜向裂缝被柱上下端的水平裂缝所代替。

2.9 扭转计算和抗扭控制
在进行扭转计算和抗扭设计时应采取小震计算控制和大中震抗震措施并重的原则，尤其对大中震时的抗扭构造措施不能忽视，当扭转位移比超过1.35时，其双向地震作用明显，因此应进行双向地震作用计算，并应在结构平面上大致划分出受扭敏感区和质心区，进行经济有效的抗扭计算控制，对受扭敏感区内的竖向构件在大中震下所产生的扭矩不可忽视，且其处于有扭矩作用的复杂受力状态，其最终抗扭构造除满足规范要求外，应按照强扭弱弯并采取增加抗扭构造的措施。

3 结语
框架和剪力墙在框剪结构中在抗震性能上起到了良好的互补作用，因此其适合于抗震要
求较高的地区，但框架剪力墙结构设计的合理与否将直接影响到建筑物的安全性能及其经济指标的高低，因此加强设计研究对实现建筑经济效益和社会效益具有非常重要的意义。