高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析

刘 刚

（广州市番禺城市建筑设计院有限公司，广东 广州 511400）

引言

科学技术随着时光的进展在不断进步着，人们生活水平也随之提高着，在这种情况下人们对自己的物质条件开始注重，其中主要表现在住房方面。人们对自己的住房要求更是越来越高，为了能够与时俱进我国的技术人员在建筑方面提出了高层框架剪力墙结构抗震设计，这是建筑方面一个很大的成就。

1 高层—框架剪力墙结构的由来

框架—剪力墙结构又称框一剪结构，由它的名字就可以看出来是由框架结构和剪力墙组合而成的，事实上就是将这两种不同的结构组成的，当然但是也进行了一些调整，就是应用了两种结构的优点摒弃其缺点，使框—剪结构的建筑物的抗力性能特别强，可以作为抗震建筑材料。承担了80%以上的水平地震作用。。

2 框—剪的设计概念和技术

2.1 设计概念

为了满足现在建筑的需求，人们将框架结构和剪力墙结构两种不同的结构组成框—剪结构。这种结构的设计采用是双向抗侧力体系，说简单点就是在两个主轴的地方都布置剪力墙，而且剪力墙的位置必须堆成。一般情况下情况下剪力墙位置都布置在在平面形状的变化处。

2.2 设计的抗震技术

框架-剪力墙结构中最重要的技术就是抗震技术，我们就抗震技术从以下几方面进行阐述：

2.2.1 机构控制

框架-剪力墙的结构里面有一个正比列公式，那就是当剪力墙的数量增多的时候，剪力墙的体积就会增加，并且其刚度也会随之加大。在设计中采用了机构控制来控制框—剪的刚度，从而改变其承载能力，这种方法其实很容易实现就是根据公式在结构中的特定位置设置相应数量的“塑性铰”，这样就可以实现对框—剪形态的控制，也能够在发生地震的时候形成一个很好的耗能机构。

2.2.2 斜截面的承载能力

在设计过程中，为了使建筑物承载重力的能力更加强，会在剪力墙的周围都应用上梁柱结构，这样剪力墙就形成了一个包围圈。这样可阻止斜向的裂缝不会向邻近的结构扩展，也可以在剪力墙遭到破坏后代替承载。这里增加的边框结构应具备斜截面的承载能力

2.2.3 合理的肢墙面

讲肢墙的面积变小，这种方法的思路是将肢墙的面积变小，利用结构形式使其形成多肢墙或者双肢墙，可以控制裂缝。利用结构这种方式使其形成一个多肢墙。而且这样的剪力墙可以降低刚度，可减少地震时所造成的破坏。

2.3 设计特点

2.3.1 变形协调

因为框架和剪力墙这两种抗侧力结构是不同的，所以就必须考虑到当其受力时的特性和变形性质的情况，在这种情况下就要找一个平衡点来协调它们的变化使它们中和。

在水平的荷载下，它们会一同工作同时抵抗水平荷载，而且楼层的增高水平位移的增长会越快，当楼板的水平刚度达到一定的界限时，两者会慢慢调和关系溶解在一起，不会发生单独变形的情况，而且在发生平移的过程中，二者的变形协调式一样的，所以这时它们的整体结构就会出现变形的情况。

在同一个个楼层里，楼层下部的剪力墙的位移式最小的，它可以拉着框架按照弯曲形曲线的改变而变形，剪力墙会承受大部分水平力。而楼层上部的剪力墙位移就是最大的了，剪力墙的位移越高越大，框架顶部就拉着剪力墙，按照剪切型曲线变形。

2.3.2 受力状态

框—剪在一个楼层中，由于其楼层顶部的框架的拉力和它的水平受力的方向是一样的，所以框架顶部水平剪力是不断增加的趋势，而楼层下部和顶部就正好相反了，楼层下部因为两面产生的压力和水平的受力方向相反，使框架下部的水平剪力走不断减少的趋势。这样原来属于框架上水平的大下小，再加上连杆本身的受力原则上加，下减，最终就使得框架最后达到一个上下受力都均匀。在这样的状态下，楼层与其楼层外的产生的剪力就很小，但是由于框架为剪力墙承担了一部分的力，所以框架顶部剪力就增大了，使得顶部框架的剪力相当大。这就值得我们注意.

2.3.3 框—剪设计的设计指标。

随着建筑设计特点的逐步发展，人们的住宅观念已经走出了以前的平房老化区，人们新的住宅观念就是高层建筑结构形式的楼房，当然也包括“框—剪”形式。当然框—剪的结构指标就是其墙的长度是其厚度的5～8倍。

3 剪力墙的布置

剪力墙的布置主要采用的是分散原则，分散原则其实就是要求剪力墙的刚度小，墙的数目大，连续的尺寸呢也要短，抗侧力的构件数量要多，其要保持分散，并且其弯度的刚度要合适。在剪力墙面积不发生改变的情况下，想要提高提高扭转功能，剪力墙布置的位置就应设在每一个平面形的变化出，例如角落，拐角处，那些不规则的角，在一个建筑工程中用框—剪来加强这些薄弱的地方。

4 框剪的抗力性能

当高层建筑构架结构发生形变的时候，呈现出来的就是剪切型的特征，楼层最高层变化很慢，楼层越高变化越慢。

在一个框—剪的建筑结构中，分析它的受力特征，发现通过平面内部无限大的刚度时候，楼顶将自动将框架结构和剪力墙结构连接在一起，使其形成了一个网络结构，共同抵抗水平向的侧应力，不会单独受到各种弯曲变形或者剪切变形的影响，

框架-剪力墙在同一个楼层的水平位移基本相同的，框架-剪力墙结构在水平面内的位移是以介于框架与剪力墙之间的形态为特征，是一个像S的曲线，这个曲线也成为弯剪型。

在每一个框—剪结构中，由于剪力墙在下部的层面因为形变程度较小，所以承担了80%以上的水平向剪力。所以增强了结构的侧向刚度，这样可以有效地协调了水平的形变，从而达到减小结构性形变的效果。

5 注意事项和解决方法

当进行框架—剪力墙设计时由于是按联肢剪力墙设计所以也属于剪力墙设计范畴，则应满足一般剪力墙事项。

5.1 框架的设计

在抗震墙结构和部分框架抗震墙结构中，如果内布的纵面墙很长，且连梁的跨高比小，刚度大，那么这个墙的整体框架设计性就比较好，当发生地震的时候墙的剪切变形很大。这样墙肢的可破坏就会比底部的高，因此可以把长墙分成几段，使墙的高度是宽的2倍。所以在设计时应考虑轴压比同时也应该在两端设置边缘约束来提高延性，尽量使其不发生剪切破坏。

5.2 抗震端的设计

在框—剪中设计抗震端的时候，抗震端和部分框肢墙的截面高度不要有很大的差距和变化。其中一、二级抗震端的底部应加强和如果底部有漏洞时，漏洞较大时，最好不要空开漏洞不管去布置剪力墙，应该考虑用强度等级高的混凝土进行修补。由此可以看出在一些抗震设计中必须考虑到混凝土的强度等级。

5.3 框支层的设计

框支层是框—剪抗震设计中最主要的一部分，当地震发生的时候，抗震墙结构就会发生变形，而变形就是集中在框支层上的。这样我们的框支层就必须设计牢固，要使其牢固一般的规定是框支层侧面的刚度必须比顶层的刚度大50%。

框支墙的地震剪力是由底部的剪力墙承担，当底部楼板的水平间距不宜大于24m时可以保证其内部的刚度水平力的传递。所以在设计时对连梁弯矩进行适当的调整，采用加厚局部墙的办法保证节点区的约束。

6 总结

在关于框架一剪力墙结构抗震设计中，“概念设计”是必不可少的。“概念设计”是在不断的实验中，多次的失败中，不断地摸索中，浓缩出来的精华所在，。因此，要设计一个建筑结构首先必须要有一个关于设计方面正确的认识，只有你充分的理解它了解它，才能够把它应用的很恰当。当然这是一个循序渐进的过程。

要满足框—剪抗震设计的要求，其实最本质的是你能够找到一个建筑抗震能力最薄弱的地方，然后从根部去治疗它。再在这个基础上，加上一些公式的计算和施工方面的意见、措施，这样就可以设计出来抗震性好的房屋建筑，这样的建筑可抗性很高。

虽然现在人们对房屋建筑的需求越来越高看，但是框—剪抗震设计自身的优点一定会满足人们的需求，框—剪抗震设计一定会随着时代的进步而进步，在将来有着更广阔的发展前景。

[1]方鄂华.高层建筑结构设计[M].第2版.北京:清华大学出版社，996:16.

[2] 吕西林.高层建筑结构[M].武汉:武汉理工大学出版社，2003.

[3]赵西安.高层建筑使用设计方法[M].第三版.上海:同济大学出版社，1998.