论框架剪力墙结构在设计中的应用

黄浩林

珠海泰基建筑设计工程有限公司 广东 珠海 519000

1 框架剪力结构的受力原理

在框架剪力结构中，楼板作为黏合剂对框架结构与剪力墙起到连接作用。根据变形特点，框架与剪力墙是共同起作用的，在底部剪力墙对框架起着支撑作用，而在顶部框架对剪力墙起着支撑作用。互相作用下，能够将结构优势最大化，对水平方向的受力起到协调作用，从而减小结构性形变。从框架与剪力墙结构变形的原理当中，可以看出框架与剪力墙变形特点恰好相反，因此二者能够起到相互协调的作用。这一特点，既有利于增强结构的侧向刚度，又能够提高抗震能力，因而，其在高层住宅中适用性强[1]。

2 框架剪力结构的计算方法

2.1 静力计算法

考虑剪力墙间或剪力墙与框架之间的连梁作用，分析该连梁对剪力墙的转动控制效果，可以将框架剪力结构分为铰接体系与刚结体系。

2.1.1 框架—剪力墙铰接体系：指剪力墙之间、剪力墙与框架之间不存在连梁，即两个结构单元之间只通过楼板进行连接时，总连梁就替代了楼板。此时，剪力墙之间的连梁的转动约束作用已经考虑在内，计算入双肢墙的刚度，且楼板在平面外的转动约束作用很小，小至能够忽略不计，则应该采用铰接体系进行下一步的分析。

2.1.2 框架—剪力墙刚接体系：在上述铰接体系中，没有连梁，是由楼板起了连接作用，连梁简化为了铰接链接，而框架—剪力墙刚接体系指的是剪力墙与框架之间是有连梁在其中起着连接作用，这时，连梁两端便可以按照刚接进行下一步考虑分析，而不是按照铰接体系。

2.2 动力分析法

根据上述分析可知，框架—剪力结构一般在能够简化成两种计算体系：刚接体系和铰接体系时，采用静力分析法进行计算，然而如果不同于上述，且需要计算结构在地震荷载作用下的动力反应时，静力分析法已经不能满足计算的要求，这时就需要采用动力分析法，建立如下多自由度动力体系方程：

式中{M}为质量矩阵，可直接将框架剪力墙结构的质量集中在各楼层上得到；[C]为阻尼阵。

建立了结构体系的动力方程，然后再输入地震波，根据结构不同的恢复力模型，动力分析方法又可以分为线性和非线性反应分析法两种。一般而言，框架剪力结构中的框架部分在进行非线性分析时，已经有很多现成的非线性实验及理论研究运用于框架部分；但是剪力墙部分的非线性实验及理论研究相比之下并没有那么丰富，少之又少。虽然如此，但是它在近几年的研究中也有了一定的进步，随着研究的发展，结构静力弹塑性理论和方法也逐渐兴起，种种情况都预兆了框架剪力结构理论的日渐成熟，并更加贴合实际，更加具有现实意义[2]。

3 框架剪力结构的计算模型

3.1 空间三维分析

这种方式是先通过把框架—剪力墙结构两种结构单元中的剪力墙单元近似简化为薄壁杆件或者带刚域的杆件、平板条元，接着再以结构体系的空间变形的三维协调条件为着眼点来进行分析。该方法不仅可以在考虑杠杆的弯曲变形、剪切变形和轴向变形的同时，能够兼顾到楼板的存在对计算结果造成的或有或无的影响，还可以通过刚性楼板假定来进行简化处理。但是，其中需要引起注意的是，水平荷载的偏心作用对建筑物产生的作用，已经考虑在内，包含在计算中，不需要再另做计算，往往忽视这一点容易引起计算上的错误。

3.2 平面结构空间协同工作分析

平面结构空间协同工作的分析存在一个前提条件：假定各榀抗侧力结构依然按照平面结构作用，且其互相之间的连接通过刚性楼板来实现。不论水平载荷作用是何种方向，其中的抗侧力结构都进行工作，对于楼板的受力既要考虑平移情况，也要考虑扭转情况。平面结构空间协同工作分析法的计算精度与空间三维分析法相比要差一点，其他方面几乎没有差别。

3.3 结构体系沿主轴方向平移分析

结构体系沿主轴方向平移的分析法是在由于水平荷载的偏心作用导致建筑物扭转效应发生时，采用近似的分层分析来考虑导致的附加效应。这个方法可以通过人为利用现成公式或图表曲线进行计算解决问题，相比于前两种需要通过计算机计算才能解决问题，这个方法通过人工计算即可解决，相比之下计算工作量要小很多。

4 框架剪力墙结构设计的原则

在进行建筑框架剪力墙结构设计时，不应该盲目设计，而应该按照一定的规范要求和建筑施工的实际现况视情况而定，一般而言应该遵循以下4个基本原则：第一，设计计算过程中，应该从整体考虑剪力墙来自不同方向上的力的区别，考虑来自各个方向上的力所造成的剪力墙受力情况；第二，框架剪力墙结构的平面内刚度与实际承载力都具有较高水平，因此，平面外墙在与剪力墙的连接中容易出现墙肢外弯的现象，故在框架剪力墙结构的设计当中，应当尽量避免相互连接，若设计时无法避免该情况，就应该采取保护措施，防止损失；第三，框架剪力墙结构属于平面结构，因而在设计中必须对墙体垂直方向的受力有着充分的考虑；第四，框架剪力墙虽然外形趋近于板状，高度与宽度较为突出，而厚度较小，但其受力形态与板状并不类似，而是趋向于柱子结构的受力形态，因此墙体长度与厚度的比重尤为重要，应该根据比值的不同，合理地选择不同要求进行设计，以更好地满足弹性、非弹性等要求。

5 结束语

框架剪力结构优势突出，在当今的建筑中是十分常用的一种结构。因此，这也就要求相关人员在进行设计时，不仅不能忽视框架—剪力墙结构的优势和不可替代的地位，而且要在重要性认识的前提下，加强其在建筑中的使用并合理地进行设计。不仅如此，还应该在实际应用时，结合建筑工地的实际情况和具体需求，最大限度地对框架—剪力墙结构进一步优化，以提高建筑结构的稳定性，强化建筑结构的抗震水平，达到提高建筑质量的目的。