框架剪力墙结构的抗震设计浅析

秦海荣

摘要：框架剪力墙结构将框架和剪力墙结合起来，既可以使建筑平面灵活布置，又可以依靠剪力墙与框架共同作用，增大整个结构的抗侧刚度，减少在水平力作用下结构的侧移，增强结构的抗震性能。因此，框架结构在进行抗震设计时，若抗侧刚度不够，位移不满足规范要求时，可通过剪力墙来加强。而剪力墙的布置和设计关系到结构的安全和经济性问题。

关键词：框架剪力墙结构；抗震设计；分析

1剪力墙的分类

框架剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及楼盖所组成的空间结构，该种结构的抗震及抗风性能都较强，承载力要求也较高。为了满足用户的使用，剪力墙一般会开设成列的布置、从上到下对齐的门窗洞口，形成清晰的墙肢和连梁。不同类型的剪力墙，可以根据洞口的大小、位置、有无及形状的大小将其分为整体墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架四种类型，其内力和位移的计算也应采用不同的计算方法。

1.1整体墙

是指无洞口的剪力墙或洞口很小的剪力墙，当墙体洞口之间及洞口到墙边的净距离大于洞口长边的尺寸时，即可忽略洞口对墙体的影响，将墙体视为下端固定、上端自由的竖向悬臂构件。

1.2整体小开口墙

是指剪力墙上洞口面积稍大的剪力墙，当建筑结构的墙体在水平荷载作用下时，若墙肢中出现局部弯曲，可以将墙体的截面应力看成是墙体的整体弯曲和局部弯曲的共同作用，但整体小开口剪力墙的截面变形仍接近于整截面墙。

1.3联肢墙

指沿竖向开有一列或多列较大的洞口的剪力墙，其中连梁对墙肢有一定的约束作用，分为双肢墙和多肢墙。新高规规定在进行建筑机构的抗震设计时，一、二级剪力墙结构底部加强部位及以上一层的墙肢设置约束边缘构件，一、二级剪力墙的其它部位以及三、四级和非抗震设计的剪力墙墙肢均应设置构造边缘构件。

1.4壁式框架

指墙体的受力性能类似于框架结构，剪力墙墙体的洞口大而宽、墙肢宽度相对较小，墙肢的线刚度接近连梁的线刚度，墙肢截面的正应力分布明显出现局部弯矩，且在许多楼层内墙肢有反弯点。

2框架剪力墙抗震设计原理与原则

2.1抗震设计原理

当建筑物遇到地震作用时，所受到的破坏形式将受到地震横波以及地震纵波的影响。当发生地震时地壳中的能量将以能量波形式传递到周围建筑而产生震动，最终发生坍塌破坏。由于不同的建筑物具有不同的自振频率，当建筑物发生共振时，将发生更大威力的破坏。所以，发生地震时，建筑物振动程度受到自身阻尼的影响，当建筑物阻尼设计值较小时，对地震能量吸收较小，进而发生较大的振动幅度，造成建筑物更大的破坏；相反，当建筑物阻尼设计值较大时，对地震能量吸收较大，较小的振动幅度能够减小房屋损坏程度。在对框架剪力墙设计时，在符合其他要求的前提下，对其设计的原则是最大程度的加大建筑物自身阻尼，吸收更多的地震能量，降低对建筑物的破坏程度，最终达到建筑物抗震的目的。

2.2抗震设计原则

建筑物在进行抗震性设计时以“小震不坏、中震可修、大震不倒”为原则，为保证建筑物抗震的效果，在对框架剪力墙建筑进行设计时，具体需遵循的抗震原则包括：①在进行剪力墙设计时，对剪力墙结构应当确保其连续性；②剪力墙施工过程中，剪力墙结构中所有构件之间的连接必须稳固可靠，以确保其良好的强度和延展性，此外，在剪力墙横向和竖向上的确保具有一定的刚度。

2.3控制指标的分析

框架剪力墙结构刚柔的程度在一定程度上可以通过剪重比和自振周期反映。框架剪力墙结构如果具有较大的刚度，则结构的剪重比大、自振周期短；反之剪重比小、自振周期长。

（1）根据相关研究及工程实践，框架剪力墙结构可以通过下式进行合理自振周期范围地计算：

式中，1T为结构自振周期；N为结构层数。

（2）结构刚度重要的衡量指标就是剪重比，该指标可以反映结构刚度与地震作用间的关系，当结构具有过大的刚度时，则由反映谱曲线得到的作用力会很大，将剪重比应当控制在合理范围之内。此外，地震的影响系数由于在长周期段具有较快的下降速度若结构的周期大于3.5S，地震力计算值较小，故相关规范对剪重比的最小值进行了规定。

（3）水平位移限制是控制构件刚度以及截面大小的重要指标，是构件正常使用的基本要求，它限定了整体结构的抗侧移刚度，确保结构具有一定的刚度，使结构满足稳定性、承载力等要求。构件抗扭刚度可通过位移比和周期比进行反应。布置结构时立面均匀，尽量降低偏心与突变，防止出现较大的扭转。

3实例分析

3.1工程案例

广州有一处建筑工程项目，它的总面积约为50000m2，建筑总高程是96m，地面上部有31层，地面下部有2层。这建筑工程是由2栋塔楼组合而成的，在塔楼之间，设有抗震缝将彼此分离开。因为要遵循建筑功能的原则要求，充分利用好建筑空间，所以此建筑将地面上部的1～4层设为商用空间，在其4层以上的27层作为普通住宅。当然，为了商用部分的使用功能可以与上部住宅结构的抗侧力都符合要求，此建筑的结构形式使用的是框架剪力墙结构，而在4层的顶面部位使用的则是梁式转换构件，继而以用来传递非落地剪力墙的内力，这个建筑工程的抗震、防震烈度为Ⅷ度，地震的分组等级为第1组，模拟基本地震加速值0.09g，模拟场地建设是Ⅱ类场地。设计结构的抗震等级为：底层加强区的剪力墙为一级，框支框架结构为一级，框支柱结构为特一级，非底层加强区的剪力墙为二级。经过试验验证表明，因为要符合建筑要求，该建筑在住宅部分留有3个转角窗，这就将建筑结构本身的抗扭刚度给减弱了，此时就很容易发生墙体扭转不规则的类型，这对于复杂高层结构是非常不利的。

3.2抗震设计

就此建筑工程来说，首先我们可以将建筑底层的落地简体外墙增厚，另外的落地墙也进行统一增厚，当然另外的墙体增厚厚度应小于建筑底层的外墙增厚厚度，还要在其墙体四周设计适宜的大端柱，以用来约束墙体，继而作为与其它部位连接的连接体。还可以将底层加强区抗震墙的抗震等级提高，并且增强配筋，控制好轴压比。可以确保其具有足够的延性，提高框支柱的抗震等级。至于如果有些轴压会较大的话，我们可以在这些柱截面的中部位置设计出纵向钢筋芯柱，并且使其钢筋截面面积不低于柱截面，再加强配箍率，这样就可以将柱体的变形能力提高。由于框支梁柱节点处的钢筋比较紧密繁多，施工难度很大，这时我们就可以多多使用直径比较大、高强高硬的钢筋来施工建造，这样做可以将钢筋之间的距离增大，与此同时，将其配筋率适当提高，增大中部连接处楼板的宽度、厚度，这样对建筑工程的抗震设防是极其有利的。由于本工程主体结构采用了现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，为了能提高柱与剪力墙的协调性及整体结构的刚度，楼板也选用现浇钢筋混凝土梁板式结构。

结束语

随着我国经济发展水平的不断提高，高层框架剪力墙结构已经成为一种越来越常见的结构形式，多用于办公、酒店等建筑中。框架剪力墙因其结构简单、平面布置灵活、经济性高、建设工期短等优点一直被广泛使用。框架剪力墙结构既可以满足建筑功能的平面布置要求，又能满足结构的刚度、延性和侧移的要求。随着社会对建筑高度、体量和功能要求的提高，框架剪力墙结构体系衍生出了框架-核心筒、框架-核心筒-伸臂、板柱-剪力墙等结构体系，也对高层建筑提出了更高的设计理念，结构设计也需要不断的提高、创新和完善，以保证结构的安全和实用。

参考文献

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