高层建筑框架—剪力墙结构防震设计技术要点

李晓莉

【摘 要】伴随着时代的发展，人们的生活水平日益提高，愈发注重对物质条件的追求，并对住房提出了更高的标准。为紧追时代发展步伐，高层建筑框架-剪力墙结构应运而生，这不仅较好地满足了人们的住房需求，还是工程建筑的巨大进步。框架-剪力墙结构凭借自身的显著优势，近年来，得到了工程设计人员的广泛关注，并被大面积应用在高层建筑中。现阶段，框架-剪力墙结构已经成为工程人员研究的主要内容，其中在其防震设计方面的研究居多。本文首先介绍框架-剪力墙结构，然后分析其设计特点，最后具体探究其设计要点。

【关键词】高层建筑；框架-剪力墙结构；防震设计；技术要点

1 框架-剪力墙结构

1.1 设计概念

框架-剪力墙结构也被称为框一剪结构，从字面上可知该结构主要包含框架与剪力墙这两部分，实际上也是这两部分的组合，并进行了适当调整，对其优点进行综合利用，摒弃缺点，全面增强了该组合结构的抗力性能，它可充当抗震建筑材料。它的设计主要应用双向抗侧力体系，通俗来说是指在两个主轴位置布设剪力墙。大多数情形中均将剪力墙位置设定在平面形状的改变处。

1.2 抗力性能

待高层建筑结构出现变化后，此时便体现出剪切型特性，该特性也具有一定的规律，伴随着楼层高度的增加，变化速度越缓慢。在框架-剪力墙结构中，通过受力特性分析可知，待平面内部刚度达到特定值后，楼顶会主动连接框架和剪力墙，构成整体，组建成网络结构，一起抗衡水平侧应力，免受结构变形的负面影响。在相同楼层中，框架剪力墙具有一样的水平位移，其水平位移主要以处于框架和剪力墙内部的形态为代表性特征，呈现为一个反S型曲线，它也被称作弯剪型。在框架-剪力墙结构内部，因下部层面的剪力墙变形不大，所以，肩负着超过80%的水平向剪力，这可提高结构侧向刚度，合理均衡水平形变，最终降低结构变形程度。

1.3 抗震技术

1.3.1 机构控制

框架-剪力墙结构包含一个公式，伴随着剪力墙数量的不断增加，剪力墙体积和刚度也随之加大。在实际设计环节，通过机构控制来调整该结构的刚度，以此来优化承载能力，比较可行，主要参照公式在结构中的具体位置合理设置塑性铰，进而有效控制该结构的形态，即便发生，也能形成一个优良的耗能机构。

1.3.2 肢墙面

缩减肢墙面的面积，组建多肢墙，进而有效控制裂缝。同时，此种样式的剪力墙还可削弱刚度，降低地震的破坏程度。

1.3.3 斜截面

在防震设计环节，为增强建筑物的承重能力，一般需要在剪力墙周边使用上梁柱结构，进而构建包围圈，这不仅能限制斜向裂缝的拓展，还能代替被破坏的剪力墙承受重力，在此处加设的边框结构，通常要求应具备一定的斜截面负载能力。

2 防震设计特点

2.1 变形协调

从抗侧力结构层面来说，因框剪与剪力墙存在差异，所以，一定要考虑受力特点以及变形状态，此时需要寻找一个均衡点，以此来协调各自变化。在水平负载中，框架与剪力墙会协同工作，一起抗衡水平负载。同时，伴随着楼层的不断增加，水平位移增长速度逐步较快，待楼板水平高度位于特定临界点时，框架与剪力墙会逐渐融合，不会出现单独变形的现象。另外，在平移阶段，这两个结构具有相同的变形协调性，进而整体结构出现一定的变形。在剪力墙结构中，在下部楼层，剪力墙的位移较小，它拉着框架按弯曲型曲线变形，剪力墙承受大部分水平力，上部楼层则相反，剪力墙位移越来越大，有外侧的趋势，而框架则有内收的趋势，框架拉剪力墙按剪切型曲线变形。

2.2 设计标准与原则

伴随着时代的进步，建筑设计特点日益多样化，人们对住宅提出了新的要求，冲破了原有的平房老化区的束缚，高层建筑结构得到了越来越多居民的青睐，框架-剪力墙结构也得到工程设计人员的高度认可。在防震设计环节一般坚持墙的长度与厚度呈现5-8倍数关系的标准。同时，还应严格遵循分散设计原则，具体来说是指抗侧力构件数量应充足、且布设分散、刚度与弯度满足标准，剪力墙数量较多、刚度较小。在剪力墙面积固定的情形中，若想增强扭转功能，应将剪力墙设置在平面形状出现变化的位置。

2.3 受力情况

在框剪结构中，框架上部楼层除了负担外荷载产生的水平力外，还额外负担了把剪力墙拉回来的附加水平力，剪力墙不但不承受荷载产生的水平力，还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力，所以，上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也出现相当大的剪力。我们应格外注意此点内容。

3 防震设计要点

3.1 提升框架的抗震性能

首先，增强框架结构角柱。这是因为角柱在横纵框架结构中发挥着重要的连接作用，若想从整体层面提升框架结构性能，则应适当提升其抗剪能力；其次，在外围框架平面中，合理设计剪力墙墙板的数量，这可全面解决框架剪力滞后的问题，增强整体性能，增加抵抗推理刚度，降低测量位移，尤其是层间位移。同时，还应明确该措施所引发的结构延性不良，若在墙板上合理设计十字开口，构建结构薄弱部位，组建延性耗能墙板，其成效显著；最后，在框架结构中适当增设赘余构件，例如，偏交斜撑，通过弯曲耗能取代轴变耗能。在等级较大的地震灾害中，赘余杆件既能达到先行屈服、实现形变以此来吸收地震能力，还能通过自身形变失效后，建筑物整体结构会出现稳定体系改变，进而调整建筑自振周期，规避共振效应的出现。

3.2 增强剪力墙的抗震性能

在防震设计环节，一方面，针对剪力墙周边增设梁柱结构，构建边框剪力墙，这不仅能限制斜向裂缝的不规则拓展，还能代替被破坏的剪力墙承受一定重力；另一方面，科学设计肢墙面积，尽量减小肢墙面积，依照结构形式组件多肢墙，有效控制裂缝，全面调整屈服部位，以免建筑物遭受地震时出现剪切破坏，规避底部墙体提前屈服现象的出现。

3.3 优化整体抗震性能

3.3.1 有效实施机构控制，获得总体屈服效果

围绕框剪结构，选择适宜的位置，安装塑性铰，以此来控制塑性铰的空间位置、形变和顺序，组建优良的耗能结构。建筑结构在遭受水平向力后，最开始在水平构件中出现屈服现象，随后竖向构件出现屈服。

3.3.2 协调刚度和延性

对比分析框架和剪力墙可知，这两个结构在延性系数、刚度等参数上均存在一定差异，这在某种程度上限制了整体结构抗震性能的增强。从理论层面上而言，框剪结构存在各个构件无法统一发挥作用的现象，引发先后破坏、逐一击破的现象，这严重削弱了结构组成构件的抗震性能，并降低了有效性；针对这一问题，在防震设计环节应有机结合各个构件，协调刚度和延性，确保达到建筑抗震标准。在框架设计环节，全面考虑轴压比，并在剪力墙两端设计边缘约束，进而增加延性，规避剪切破坏现象的出现。

3.3.3 统一结构刚度与承重能力

综上可知，在框剪结构内部，随着剪力墙数量的不断增加，体积和刚度随之加大，同时，也会降低结构自身周期，提升整体水平地震作用。所以，在防震设计环节，应结合建筑物的具体情况全面考虑各个因素，进而明确结构的极限位移限值，准确设定剪力墙数量，确保安全、可靠、经济。

4 结语

框架-剪力墙结构具有较强的结构互补性，近年来，他被大面积应用在高层建筑中。对于高层建筑框架-剪力墙结构而言，科学的设计有利于结构优势的凸显，进而增强抗震性能，其中在设计过程中最重要的便是剪力墙的实际数量与形式。所以，工程设计人员应重视设计环节，严格遵守设计原则，合理确定剪力墙数量，规范设计剪力墙形式。

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[责任编辑：杨玉洁]