框架剪力墙结构设计中的抗震结构设计理念

张鹏飞

（大同市华青建筑设计有限责任公司，山西大同037000）

0 前言

从目前建筑工程类型的角度来看，大多数工程都是以钢筋混凝土作为主要材料，为了使有限的土地资源得到充分利用，并且满足建筑本身的使用功能，建筑物也就越来越高，越来越复杂，所以我们更应重视抗震结构设计。搞好建筑工程的抗震设计，不仅能大大增强施工单位的经济效益，而且能保障人民生命安全和财产安全。

1 建筑结构设计中抗震结构设计理念分析

现在，对于建筑结构的抗震设计，我们国家有三级的总体要求。一个水准，当建筑物受到多次地震的影响，其震级低于当地抗震设防烈度时，通常没有损坏或不需要维修就能继续使用。当建筑物受到与其所在地区相同的抗震设防烈度地震影响时，大修后，有损坏或不需要修理的，可继续使用。三级水准，在建筑物受到当地地震设防烈度估计值罕见地震影响时，不会坍塌，避免危及生命的破坏。三等水准设防目标，通俗的说就是“小震不坏，设防烈度的地震可以修复，大震不倒”。

2 抗震结构设计理念在建筑结构设计中的应用原则

2.1 整体性原则

对于抗震结构设计，如果从建筑工程项目的角度进行分析，那么就必须遵循整体性的基本原则。也就是说，在设计上确保整个建筑物具有抗震性能。整体原则实施的根本原因是为了保证建筑物的整体稳定，避免因局部结构受地震灾害影响而失去稳定，从而给其他结构带来严重的连带影响。同时，由于其本身也划分为多个结构抗震构件，因此为了保证其在使用中的作用和价值能得到有效发挥，必须保证各子结构的抗震性能在实际中得到优化和完善。在此基础上，保证这些子结构构件彼此之间能实现有效的连接，确保建筑结构整体性能的有效提升。

2.2 结构性明确原则

在抗震设计理念的应用过程中，主要是合理利用地震力的分

散传递消耗方式，以便最大限度地减少地震带来的影响。这一观点主要是从力学的角度分析的，因此可以看出，应保证地震力传递路径在实际中能得到科学合理的传递。在设计的时候，应该遵循结构清晰的基本原则，即应确定结构的位置，并合理地引入和利用计算软件模拟地震波动，通过该技术的应用，可以实现地震作用下客观、有效地分析。以最后分析得到的数据为基础，实现结构抗震性能的优化和完善，从而能最大限度地提高建筑结构设计水平。

2.3 结构规则原则

在设计中，侧倾刚度可以看作抗震设计中的重要一环，为保证结构的抗震效果，必须具备这些条件。为确保建筑本身结构刚度足够，必须对侧移刚度进行判断，并保证刚度的均匀。一般建筑主要抗侧移构件采用竖向和横向两种布置方式，因此必须保证整体布置的合理性和科学性。

3 框架剪力墙结构设计中抗震结构设计的主要内容

3.1 提高剪力墙的抗震能力

在框架剪力墙结构设计时，应该在剪力墙的四周添加梁柱，如此便能构成边框剪力墙，从而避免出现斜向裂缝扩展至相邻结构的问题，此外，还能在剪力墙被严重破坏之后发挥承载作用，当然，前提是边框结构务必有斜截面的良好承载性能，如此方能在剪力墙开裂事故产生之后，抵御梁柱所形成的附加剪应力，最终达到良好的抗震效果，也就实现剪力墙抗震性能提高的目标。

其次，肢墙面积应该合理规划，构成多肢墙或是双肢墙，并严格控制洞口位置的连梁，从而形成一种耗能结构，用这种方法建造的剪力墙，其刚度有明显的降低，从而避免在地震中出现剪切破坏和底壁过早屈服的问题。

3.2 优化结构抗震性能

首先，增强结构的角柱。若是角柱的抗剪性能得到增强，那么框架结构的整体性同样能够显著增强，如此便能够使框架的抗震性能得到改善。

加入适量钢筋混凝土剪力墙墙板于框架平面，能避免框架剪切力滞后，改善框架结构抵抗推力的刚度与整体性，使结构侧向移动的幅度显著降低，尤其是层间位移会大大地减小，当然还应该采取切实有效的措施防止出现延性降低的问题。

在结构设计中采用偏交斜撑等辅助构件，或者以弯曲耗能方式代替轴变耗能方式，使框架的抗震性能得以提高，可利用钢纤维混凝土的杆件制作折曲支撑，偏心率连接支承的材料一般为钢杆或钢筋混凝土杆，比如发生很严重的地震、不仅能通过辅助构件本身的变形使地震能量消耗掉一部分，此外，辅助部件变形失效后，结构自振周期有明显变化，从而避免地震波与建筑物的共振效应。

3.3 强化整体框架剪力墙结构之间的协调性

建筑内部各个部件是处于相辅相成、互补的状态，所以要使建筑的整体质量得到保证，必须使内部各工件的工作和操作处于一个协调的状态，而要实现这个目标就要做到下面几点：

①优化承载性能与结构刚度之间的关系，在高层建筑中，剪力墙数量与建筑体积之间呈正相关，剪力墙若是数量越多，就会间接提高建筑物的抗震性能，当然，若是剪力墙数量若是超出一定的限度，并不会使建筑物抗震性能提高，反而会降低其抗震性能，所以在框剪设计中，必须保证框剪与剪力墙的数量、刚度等的相对平衡情况；②务必协调建筑物延性与刚度，不可出现顾此失彼的情况，这是因为框架与剪力墙的延性、刚度之间具备一定的冲突，所以在实际的工程项目中务必重视此问题，真正让二者之间形成良好的协作关系，方能使高层建筑的抗震性能得到强化。

4 框剪结构的抗震设计要点

4.1 墙板的布置

框剪结构设计中，布剪是关键，对高层建筑的抗震效果影响较大。大多数情况下，将剪力墙安装在平面结构上的变形部位，应当遵循以下思路：

（1）均匀分布。一般为保证建筑物的整体稳定，剪力墙应设置在建筑物平面结构起伏大，垂直荷载大的位置，且双向对称分布。

（2）墙截面应尽量保证形状规整，如果建筑物形状不规则，但尽可能在凸出的结构上设置剪力墙，以确保其抗侧刚度符合规定的标准，这样可以有效地防止剪力墙的刚性突变。如L型、T型等等。

（3）数量和密度的科学控制。掌握剪力墙安装的数量和密度；利用剪力墙的剪切作用，也应均匀地安装，分散化的布局，提供了扩展的建筑空间。

（4）提高剪力墙结构的延展性；注重控制剪力墙的长度，这样就保护了它的延迟性，处理措施是在一堵长的剪力墙上开一个洞，这样就把一个长的剪力墙分成几个短的。并且它的刚度、弯曲度要保证达标。

4.2 基础与地基的概念设计

地基条件影响建筑物的抗震能力，其破坏程度取决于结构的地震反应程度。底座是支撑上部结构的基础，对建筑方案和上部结构特点有全面了解，了解其基本要求；唯有如此，才能做好地基设计，与此同时，场地地质条件也是进行地基基础设计的必要前提，地基基础设计时应充分了解拟建场地的地质条件，再进行地质勘察时宜细不宜粗。如地基下土质均匀、不液化、承载力足够，同时，上面的结构不是高楼大厦，所以浅部地基总是先考虑方案，在满足抗震要求的前提下，还要考虑经济因素。如软土、液化土、新填土或土层严重不平等，提出合理的地基处理方案；尽可能避免液化和不均匀土层，应注意的是，同一栋建筑物，不同性质的地基土不宜设置在一起，在高层复杂建筑中，应采用组合上部结构的基础，桩基、箱式基础、筏式基础和桩—箱式基础是基础的主要形式。RC和钢管桩；截面尺寸可以灵活变化，采用多种施工方法，既能提供较高的承载力，又能减小地基变形，能适应多种复杂的高层建筑形式，同时也具有许多复杂的地质条件。无论是普通的建筑物还是复杂的高层建筑，基本的程序有很多种，它没有唯一性，但在满足经济性的同时，必须保证不发生不均匀沉降。

4.3 抗震缝的概念设计

当建筑的平面和立面布置非常复杂时，可考虑利用防震缝将结构分割为独立的几个单元。但是注意两点：

①地震断层的设置，是为了将复杂的平顶和立面，把建筑分成简单大小。设置缝隙后，结构自振周期也发生变化，相反，它可能接近于地基土的固有周期；并将各分离单体的抗震构件布置合理，硬度均匀对称，否则也会增加震害。因此，防震缝的设置应根据地震反应大小、结构布置及地基土的性质确定，以观念的方式进行决策，还应根据需要进行地震反应分析比较；②如果确定要设置防震缝，就是结构在基础之上，从上到下断开，缝的两边有两根柱子或两面，而且缝宽够大，小心不要被建筑垃圾堵塞而无法工作，还应避免硬封材料的卡缝而导致失效。防震缝的相关条文详见《抗规》3.4.5条和《高规》3.4.9条。

5 结束语

简而言之，建筑物是人们生产和生活的重要场所，为避免地震带来的麻烦，在建筑物的结构设计过程中，要注意抗震的重要性，将抗震性能作为设计的主要指标，并且使之能满足建筑物多种使用要求，提高建筑物的设计质量。震害之力仅次于宇宙之力，人类无法与之抗衡，可以做到的就是尽可能地防止它、消耗它、避免它、延迟它、减少它的破坏等等，利用震害调查中得到的教训，对概念进行综合，在抗震设计中起到指导作用。