框架-剪力墙结构设计

框架-剪力墙结构设计探讨

摘要：框架-剪力墙结构中，由于剪力墙的侧向刚度比框架大很多，剪力墙数量的确定及合理的布置对结构的整体刚度和刚度中心位置很大影响。因此工程设计人员对剪力墙结构的受力、变形特性的掌握和理解就显得非常重要，通过充分运用概念设计把握结构的整体性,科学布置剪力墙,合理设计基础。

关键词：框架-剪力墙；结构设计；布置；厚度

1框架-剪力墙结构的受力特点及分析

框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结

构组成的，所以其框架不同于纯框架结构中的框架，剪力墙也不同于剪力墙结构中的剪力墙。当刚度特征值很小时，剪力墙刚度很大，框架刚度较小，内力分配以剪力墙为主，整体变形为弯曲型，此时框架分配的剪力很小，剪力墙可能不出现负剪力，二者协同工作的性能较差，这种结构更接近于剪力墙结构，不能算作双重抗侧力体系，在我国高规中的0.2q的调整就是针对这种情况，保证框架成为第二道防线；当刚度特征值很大时，框架的刚度相对较大，属于剪力墙较少的情况，当剪力墙承担的倾覆力小于50%时，框架部分就应该按照纯框架结构进行设计，以保证框架的安全。正常的设计应该是避免上述两种情况出现，使剪力墙的数量即不过多，也不过少。

2剪力墙的数量

在框架-剪力墙结构中，结构的侧向刚度主要由同方向各片剪力

墙截面弯曲刚度的总和控制，结构的水平位移随剪力墙截面弯曲刚度增大而减小。一般以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据较为合适。框架梁截面尺寸一般根据工程经验确定，框架柱截面尺寸可根据轴压比要求确定。在初步设计阶段，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积aw和全部柱截面面积ac之和与楼面面积af的比值，或者采用全部剪力墙截面面积aw与楼面面积af的比值，来粗估剪力墙的数量。根据工程经验，（aw+ac）/af或aw/af比值大致位于表1的范围内。层数多、高度大的框架-剪力墙结构体系，宜取表中的上限值。

（aw+ac）/af或aw/af比值的大致取值范围表1

设计条件（aw+ac）/af aw/af

3剪力墙的布置

（1）为了增强整体结构的抗扭能力，弥补结构平面形状凹凸引起的薄弱部位，减小剪力墙设置在房屋外围而受室内外温度变化的不利影响，剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近（第一内跨）、楼梯间、电梯间、平面形状变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不宜过大（高规表8.1.8）；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。

（2）纵、横向剪力墙宜组成l形、t形和匚形等形式，以使纵墙（横墙）可以作为横墙（纵墙）的翼缘，从而提高其刚度、承载力和抗扭能力；楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合

布置，以增强其空间刚度和整体性。

（3）剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%，以免结构的刚度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及不合理的基础设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可通过开门窗洞口或施工洞形成联肢墙（一般不超过8m）。

（4）剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上、下对齐。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。

（5）在长矩形平面中，如果两片横向剪力墙的间距过大，或两墙之间的楼盖开大洞时，楼盖在自身平面内的变形过大，不能保证框架与剪力墙协同工作，框架承受的剪力将增大；如果纵向剪力墙集中布置在房屋两端，中间部分楼盖受到两端剪力墙的约束，在混凝土收缩或温度变化时容易出现裂缝。

4剪力墙的厚度的初步估算

剪力墙的厚度可参照表2确定，表中n为墙体水平截面所在高度以上的楼层数。抗震规范对剪力墙高厚比的规定不是必须遵循的，当不满足时可依据高规的规定进行稳定性验算，设计经验表明，高厚比验算的结果一般均能满足要求。

剪力墙的最小厚度表2

结构体系剪力墙最小厚度/mm

剪力墙结构10n及160的较大值

框架-剪力墙 12n及200的较大值

实际工程设计中，为使剪力墙的设置合理有效，建议按下列步骤进行：

（1）首先估算出框架部分的抗侧刚度，而后按照满足规范规定的层间位移角为原则反算出所需剪力墙的最小刚度，按此初步布置剪力墙。

（2）按单项地震作用但不考虑偶然偏心的情况进行结构计算，如计算得到的最大扭转位移比为1.0，则说明结构的刚度中心与质量中心一致。当最大扭转位移比较大时，应对结构布置进行调整，使最大扭转位移比接近1.0，以减小质量中心与刚度中心之间的偏差。

（3）按单项地震作用且考虑偶然偏心的情况进行结构计算，如扭转位移比较大，则说明结构的抗扭刚度或某些部位的抗侧刚度偏小，需要调整剪力墙的布置。

（4）如有必要，可按双向地震作用但不考虑偶然偏心计算，如扭转位移比较大，仍需根据具体情况对剪力墙的布置做出调整。

（5）上述各种工况计算时，如发现结构的扭转周期偏长，则说明结构抗扭刚度偏小，应采取加大抗扭刚度的措施。

5工程实例

某办公楼结构平面布置见图1，本工程为地上11层，地下2层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地下室至地上层2顶板范围内为剪力墙底部加强区；建筑总高度为45.800m；建筑抗震设防类别为

丙类，抗震设防烈度为8度，0.2g，第一组；建筑场地类别为ⅲ类；钢筋混凝土结构抗震等级为框架二级，剪力墙一级。

图1结构平面布置图

目前，判断整体计算结果是否合理的主要依据是高规用于控制结构整体性的主要指标：适用高度和高宽比、周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比等。然而这些参数在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。

（1）结构基本周期是计算风荷载的重要指标。周期的大小与结构在地震中的反应有着密切关系，最基本的是不能与场地的卓越周期一致（一般要大于场地的特征周期），否则会发生共振。一般情况下，多层和高层钢筋混凝土结构的基本自振周期t1（用于风振计算）可按下列公式估算：框架结构t1=（0.08~0.1）n；框架-剪力墙和框架-核心筒结构t1=（0.06~0.08）n；剪力墙和筒中筒结构

t1=0.05n。n为结构层数（40层以上的建筑可能有较大差别）。如果周期偏离上述数值太远，应当考虑工程刚度是否合适，必要时调整结构截面尺寸。如果结构截面尺寸和结构布置正常，无特殊情况而计算周期相差太远，应检查输入数据有无错误。

（2）振型组合数是在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。必须指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构的总自由度数。例如，对采用刚性板假定的单塔结构，考虑扭转耦联