框架剪力墙结构的抗震性能分析

框架剪力墙结构的抗震性能分析

摘要：抗震设计的研究一直以来都是人们研究的对象，也折射出现行的抗震设

计理论的不足。框架－剪力墙结构是公认的抗震性能较好的结构体系，它将框架

结构和剪力墙结构融为一体，充分发挥框架与剪力墙的优点，使整体结构的抗侧

刚度适中，并能提供相应的竖向和水平承载力。本文介绍了框架－剪力墙结构的

特点，并提出了优化框架－剪力墙结构抗震性能的有关措施。

关键词：框架－剪力墙结构；抗震性能

前言：框架剪力结构简称框剪结构，它主要是在框架结构中设计一定的剪力墙。框剪结构既能满足使用者对使用空间的要求，又能满足建筑物对侧向刚度的

要求；充分发挥框架结构与剪力墙结构的优势，使建筑物的安全性能以及抗震水

平得到极大的提高，通过对发生的多次地震的数据进行调查可以发现框架剪力墙

结构的抗震性能高于框架结构或者是剪力墙结构。研究框架剪力墙结构的受力特点，找出对其抗震性产生影响的因素。确定最佳的参数，增强框架剪力结构的抗

震性能，提高建筑物的安全性与稳定性?。

一、框架剪力墙结构的受力特点以及抗震性能

框架结构是由梁或者支柱发挥作用抵抗使用过程中的垂直方向的载荷，为使

用者提供充足的使用空间；而剪力墙结构是通过钢筋混凝土墙体来承担水平方向

的载荷，如风、地震等。框架剪力墙结构是综合利用框架以及剪力墙，吸收两者

的优势进行互补。在建筑物的底部，剪力墙发生的位移非常小，承担着大部分的

水平载荷作用，使框架结构发生弯曲变形；而在建筑物上部，剪力墙在框架的作

用下发生变形，框架与剪力墙两者共同抵抗水平载荷的作用。框架剪力墙结构使

建筑物各层之间的作用力趋于平衡，使建筑物的刚度以及承载力得到极大的提高，在地震时各层之间位移非常小，建筑物变形很小，使建筑物的抗震性能得到极大

的提高。

框架剪力墙结构在抗震方面具有一定的优势。地震危害性非常轻，框架剪力

墙结构由于是框架与剪力墙结构共同作用，相互协调来承担地震时的水平力，大

大增大了水平力的承受范围，使地震的破坏力降低，减轻了地震的危害，这一优

势在汶川大地震中得到了很好的验证；框架剪力墙结构具有很好的延展性，配筋

在框架剪力墙结构中的使用率非常高，极大的提高了墙体的延展性，使建筑物的

抗震性能得到极大的提高。

二、影响框架剪力墙结构抗震性能的因素

2.1框架剪力墙结构的延性

延性是指从屈服开始至达到最大的承载能力后，承载力没有发生显著下降变

化的变形能力，主要反映结构后期变形能力。在工程结构抗震设计中，不仅要满

足承载力要求和延性要求，满足抗震设计方面的要求。抗震性主要取决于结构所

能吸收的地震能量，由承载力和变形能力共同决定的，一味的追求结构的强度并

不可取，结构的延性也非常的重要。结构的延性对结构的抗震具有十分重要的作用，合理的设计结构的延性之后，采用结构抗震系统的一系列措施保证结构的抗

震承载力。

2.2框架剪力墙结构的刚度

抵抗弹性变形的能力称为刚度，在结构抗震中起十分重要的作用，可以通过

选取不同的结构形式来控制建筑物刚度的大小。框架结构的刚度比框架剪力墙结

构的刚度要小，更容易产生较大的变形。框架剪力墙结构的刚度影响结构本身的

自振周期，动力性能也会随着振动周期的改变而改变，避免动力性能相近是为了

避免共振的产生。

2.3底层对抗震性能的影响

在高层建筑中，底层往往要高于其它层，不同的底层高度具有不同的抗震性能。当底层高度升高时，最大水平位移、层位移角以及框架剪力墙结构的自振周

期都随着高度的升高在不断的变大，水平位移变化较为平缓，而层位移角X方向

在第六层时最大，而Y方向在第十一层时最大。同时，随着底层高度的升高，框

架剪力墙结构的刚比重也出现相应的变化，当层高5.2米时出现最大值，与之相

反框剪结构的刚比重与底层高度的关系不大。底层高度发生变化时，最大水平位移、刚比重等都会出现相应的变化，因此要通过研究确定最合适的底层高度。

2.4楼层高度对抗震性能的影响

在楼层高度不相同的情况下，各楼层的水平位移也各不相同，楼层高度增大

的过程中，下层的水平位移变化较大，上层能够保持相对稳定。随着楼层高度的

增加，不同楼层的最大层间位移角随着增大，而结构刚重比却随之降低，对于框

架剪力墙结构的抗震性具有重要影响。楼层高度影响着水平位移、最大层位移角等，要确定合理的楼层高度，提高建筑物的安全性，增强框架剪力墙结构的抗震

性能。

三、框架－剪力墙结构的抗震优化设计

传统条件下，框架－剪力墙结构抗震分析的方法主要有手算法和电算法两种：前者是在假定基础上的近似简化计算方法；后者常用矩阵位移法求解，相对而言，是一种较前者为精确的计算方法。随着地震调查分析及理论的不断深化，框架－

剪力墙结构的优化分析逐渐盛行，国内外陆续出现了一系列结构优化的观点。有

学者认为合适的剪力墙数量以使其能承受总地震倾覆力矩值的65%～80%为宜，

也有学者提出根据《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构顶点风振加速度的限

制和对框架、剪力墙比例的要求，提出了一种简单的结构刚度优化方法。

在进行框架－剪力墙结构设计时，框架－剪力墙结构中剪力墙刚度的确定，

除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此，在设计时，可通过合理调整剪力墙的混凝土等级和改变剪力墙的布置及截面尺寸，使结构刚

度均匀，具有较好的抵御水平荷载的能力，控制结构扭转，达到抗震优化设计，

节约成本的目的。大量研究表明，改变剪力墙的弯曲刚度对柱的内力影响不大，

因此，当剪力墙的高宽比比较大，剪切变形的影响比较小时，可取剪力墙的弯曲

刚度为设计变量。具体优化措施如下：

3.1提高框架的抗震性能

角柱作为连结纵横框架的枢纽，对于框架的抗震性能起着非常关键的作用，

因此，加强角柱，也即增加角柱的抗剪性能是提高框架抗震性能必要措施。可以

沿着框架平面按K形支撑和X形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板，这样就能

有效克服框架的剪力滞后现象，提高框架的抗推刚度和整体稳定性。

3.2提高剪力墙的抗震性能

提高剪力墙的抗震性能的一个重要途径是将剪力墙做成四周均有梁柱的带边

框墙。这样明框和暗框就可以阻止斜裂缝向相邻边框发展。同时为了承担因墙身

通裂对边框梁柱引起的附加剪力一定要保证边框具有足够的斜截面受剪承载力。

3.3提高整体结构的抗震性能

提高框架的抗震性能和剪力墙的抗震性能只是抗震优化设计的一方面，最终

的目的是提高建筑整体结构的抗震性能，因此就要做到结构的刚度和承载力相匹