框架-剪力墙结构中剪力墙的设计

框架-剪力墙结构中剪力墙的设计
本文探讨了框剪结构中剪力墙的厚度、数量及长度的确定，从剪力墙的平面、竖面阐述了剪力墙的布置，结合建筑使用要求，确定剪力墙的数量和布置方式是在框架剪力墙结构设计中最重要的。

标签：框架剪力墙布置
0 引言
建筑技术需要随工业化、城市化的日益发展而发展，高层建筑越来越成为建筑形式的首选，因为高层建筑具有节约用地、节省投资等方面的优势。

高层建筑结构体系根据抗侧力体系的不同可分为：剪力墙结构、框架结构、框架—剪力墙结构、筒中筒结构和多筒结构体系。

我所参与设计的东北电网电力调度交易中心大楼，采用的是型钢混凝土框架-剪力墙结构，此设计获得了省优秀设计一等奖。

下面结合设计经验，就框剪结构中剪力墙的设计加以探讨。

1 确定剪力墙的厚度
框剪结构体系中，边框柱和边框梁宜作为剪力墙的边缘约束构件。

带边框剪力墙的截面厚度在规范中规定分别为：①一、二级剪力墙的底部加强部位抗震设计时的厚度不允许小于200mm，同时不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/12；②其他情况不应小于160mm，且不宜小于层高的1/20；无端柱或翼墙时，不宜小于层高或无支长度的1/16。

边框梁的高度可取墙厚度的2倍，宜取与墙厚度相同的宽度。

结构安全和经济合理等特点是一个合理的剪力墙厚度应具有的。

2 框架—剪力墙计算方法
在水平荷载作用下的框架—剪力墙体系，由框架和剪力墙共同承受外荷载，这种解析方法是基于连续化思想来计算框架—剪力墙。

换言之，通过刚性链杆，即刚性楼盖的作用将框架和剪力墙连在一起。

相互作用的集中力Pft会在链杆切断后，在楼层标高处剪力墙与框架间产生。

计算时将集中力Pft简化为连续的分布力Pf，以便于计算。

与这相对应，框架变形与剪力墙相同的变形连续条件，在每一楼层标高处，简化为框架变形与剪力墙相同的变形连续条件，在沿整个建筑高度范围内。

位移y与荷载P(x)之间对普通梁关系如下：EI■=P（x）
对剪力墙来说，承受外荷载与框架弹性反力的一个弹性地基梁，可视其为上端自由下端固定。

除承受分布荷载p(x)，同时承受分布反力Pf，因引，在位移与反力Pf、荷载P(x)之间微分关系如下式所示：EI■=P（x）-Pf
解微分方程求出剪力墙，也就是求出了框架的位移曲线y(x)，然后再利用下面所示的微分关系，求出剪力墙的荷载和内力：弯矩：EI■=M
剪力：EI■=V
均布荷载：EI■=p
可由位移曲线y(x)，再来求出框架所受的荷载和剪力即：荷载：■=CF■μ-pr 剪力：VF=CF?兹=CF■
可由D值法或反弯点法求得，式中的CF，它为框架的剪切刚度，可用下列规范中的等效公在式考虑柱轴向变形来加以求得。

CFo=■
3 剪力墙的数量和长度的确定
结构在地震作用下的周期、层间位移角等等计算信息，相对较容易满足。

剪力墙和框架柱各自承担的倾覆弯矩之间比例的控制，应当引起足够的注意，对此《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010给出了更加详细划分。

由公式：L=A/h可以看出，在确定了剪力墙的厚度和面积之后，剪力墙的长度通过计算就可以知道了。

为了避免剪力墙的脆性的剪切破坏，要求剪力墙应具有延性，细高的墙体和高宽比设计成大于2的墙体，此较容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，此时便可以满足此要求。

因此，每个墙段高宽比大于2，也就是我们设计时应达到的要求，如果因为墙的长度很长无法满足高跨比的要求时，开设洞口将长墙分成均匀的、长度较小的联墙肢或整体墙。

因为开洞而形成的洞口连梁，最好采用约束弯矩较小的连梁进行连接，这样一来，近似认为墙段本身分成了独立的墙段。

另外，位于连梁两端的剪力墙一般较长，这样，连梁与其所连接的剪力墙就形成了一个整体刚度较大，吸收水平地震力能力较强。

此时，连梁作为剪力墙之间的传力构件就很容易出现剪切超限，洞口在这时应可以考虑开得大一些。

从而位于连梁两侧的剪力墙的长度就可以相应的减小，由于受弯而引起的裂缝宽度此时也变得较小，那么位于剪力墙体内的配筋就能够充分的起到作用。

4 剪力墙的布置
4.1 剪力墙布置原则。

①平面形状凹凸较大时，剪力墙宜在凸出部位的端部附近布置。

②在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化和竖向荷载较大等部位宜均匀布置剪力墙。

③纵横剪力墙一般以L形、T形和槽形等形式组成。

④剪力墙总高度与长度之比宜大于2，而不宜太长。

⑤剪力墙不宜在防震缝和伸缩缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，而应布置在中部。

4.2 剪力墙的设置位置。

剪力墙对于L形、矩形、T 形、口形等平面布置，应沿纵横两个方向。

而径向和环向布置则应用于圆形和弧形平面时。

分散、均匀、对称、周边布置的原则应用在每个方向的剪力墙布置上。

①分散。

地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上，是剪力墙布置时应加以考虑的。

墙体内力很大，截面设计困难是因为地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上，那么其余较弱剪力墙和框架在主要受力剪力墙破坏后就很难承受该剪力墙传来的地震力，这时便会导致破坏。

②对称。

对称应是剪力墙布置时应尽量做到的，如果在平面上不容易做到对称布置时，为使结构的质量中心与抗推刚度中心尽量相接近，可以通过调整剪力墙的厚度和长度并缩小偏心距，结构的扭转振动在地震时可以得到减弱。

③均匀。

在建筑平面的各个区段应比较均匀地布置同方向的各片剪力墙，在某一区段内无集中现象，从而来防止因为过大的楼盖水平变形的原因而引起的地震力在各个框架间的不均匀分配。

④周边。

为获得结构抗力的最大水平力臂，剪力墙尽可能沿结构平面的周边布置，使整个结构的抗扭转能力得以充分提高。

⑤双肢墙或多肢墙是在一个独立结构单元内，同一方向的各片剪力墙设置的主要形式，而不应是单肢墙，以避免不稳定的侧移机构在同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成。

剪力墙在每一独立结构单元的纵向和横向应沿两条以上，并且相距较远的轴线进行设置，尽可能大的抗扭转能力就会在结构内部产生。

5 对于剪力墙设置合理性的检验
合理设计时要求，水平位移应满足限值，这是必要的，而达到这一要求时，并不说明它便是合理的结构。

想成为合理的结构，周期、地震力大小等综合条件还应加以周全的考虑。

5.1 通过结构自振周期的计算验证剪力墙的布置。

折减的计算自振周期对于比较正常的设计不用考虑，对于框架—剪力墙结构，T1=(0.06-0.12)×n，二、三振型的周期为T2=(1/3-1/5)×T，T=(1/5-1/7)×T。

5.2 通过计算结构的底部剪力来验证剪力墙的布置。

各层位移可以根据已有的工程计算结果、截面尺寸、结构布置都比较正常的结构而连成侧移曲线，此时的曲线应具有反S形且接近于直线。

位移曲线在刚度较均匀时是连续光滑的，没有突然的凹凸变化和折点。

通过以上可以验证剪力墙的数量和设置位置的合理性。

6 结语
我们可以根据上述的原则在框架剪力墙结构中做出比较合理的剪力墙布置，确定出布置方式及数量，并尽量满足建筑平面布置等项的要求。

参考文献：
[1]彭伟.高层建筑结构设计原理[M].成都科技大学出版社.。