1、1关于剪力墙和框架剪力墙结构设计中的若干问题探讨摘要:伴随着高层建筑越来越多，剪力墙和剪力墙结构设计中，应该重视影响结构经济技术的因素。同时应加强结构概念设计，做好结构的布置、加强结构的分析，寻求合理的结构方案，推广使用冷轧扭钢筋在楼面板的设计中，尽量避免使用复杂结构。应综合考虑经济效益和社会效益。 关键字：剪力墙；框架剪力墙 ； 结构；设计 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 伴随着我国国民经济的持续快速增长，全国各地的高层建筑相继出现。由于框架剪力墙结构体系建筑平面具有布置灵活，并且能够规划出较大的空间。同时也符合抗震设计的延性好、超静定以及多道防线的要求，可以达到
2、结构具有强度、稳定以及刚度等方面的性能。所以在高层结构设计中对框架剪力墙结构的应用出现的次数越来越频繁。但是在实际的设计中依然存在很多问题需要解决。 与多层建筑相比,高层建筑的受力特点: 其一是柱子、墙体的轴向变形及截面剪切变形对结构内力的影响;其二是风力或地震的水平荷载作用所产生的内力和位移变形常为结构设计的控制因素。 2 剪力墙的数量确定 2在框架剪力墙的结构中，结构的抗侧刚度主要由剪力墙的抗侧刚度决定。层间位移和结构的顶点位移随剪力墙的抗侧刚度的增大而减小，成反比例关系。所以，为了满足变形的限制要求，往往就需要较大的抗侧刚度,此时需要的就是足够多的剪力墙数与剪力墙截面大小的平衡。但是,在
3、特殊条件下譬如在地震荷载作用下,侧向位移与剪力墙侧向刚度并不成反比关系。他的原因就是剪力墙抗侧刚度的增大会减小结构的自振周期,使得地震作用加大。综上所述我们可以得出结论即过多的确定剪力墙的数量是不经济的。 在结构设计的初步阶段，通常就会面临着怎样经济、合理的确定剪力墙的数量，让他可以满足位移同时减少大量重复工作的问题，当然了也要尽可能满足建筑的使用功能。 3 框架剪力墙结构的非线性反应的分析 钢筋混凝土的框架剪力墙结构，在相当剧烈强烈地震作用下能有效地通过反复的非弹性变形耗散地震能量,并且是一种较好的抗震结构体系。但是，就目前而言的抗震设计规范尚有它自己的不足之处,很多按规范设计的钢筋混凝土框
4、架剪力墙结构房屋,仍然遭到了不同程度的甚至是达到失效的严重非结构或结构破坏。所以，钢筋混凝土框架剪力墙结构的非线性分析受到了应有的重视,国内外学者也为此做出了大量的相关研究。 由于非线性动力性能相当的复杂是在钢筋混凝土构件的动力荷载作用下的,使得传统的平面非线性分析无法反映空间结构各构件的协同作用。曾经美日两国合作研究,通过一个足尺 7 层钢筋混凝土框架剪力墙结构的伪动力试验同振动台模型试验,揭示了这种结构在非弹性范围的反应,就3是以墙的转动和墙体周围框架约束墙转动的三维机制为主。同时考虑框架剪力墙结构的这种空间效应,当前许多研究者从简单实用同时又具有合理精度的角度出发,提出了拟三维分析模型和
5、完全的三维分析模型。高层钢筋混凝土框架剪力墙三维非线性地震反应分析的计算工作量非常的大,目前的分析模型如要用于实际有一定的困难。于此同时三维非线性反应分析变轴力和中柱的双轴弯曲影响问题是非常复杂的,目前虽然已经提出了若干模型,但依然有待发展和验证。目前最为理想的多竖线单元墙模型，用基于自平衡力的结构非线性动力反应分析方法来进行框架剪力墙的拟三维非线性地震反应分析。 3、当前剪力墙和框架剪力墙结构设计中出现的问题 因剪力墙和框架剪力墙的结构体系具有整体性良好，刚度大以及侧向变形小、抗震性能好、抗风等的特性。这样可以更加容易满足高层结构中国家规范限定值的要求。所以一般的高层中使用这种结构体系的较为
6、广泛。所以正因为这样，设计施工中也易让人们对这种结构体系的一些问题缺乏足够的重视。同时为了赶进度，没有充足的时间琢磨抗震规范中采用的三个设计标准以及二阶段抗震设计方法、规范的条文规定, 这就容易忽视结构设计方案的经济性,甚至错误地觉得这种结构体系可任意改动, 同时不易出现抗震和安全问题等等。所以，设计前期方案阶段结构人员没有主动的与建筑人员配合，使得建筑人员随意的进行墙体的布置；后期则就是随意改动墙柱的位置，更甚者在电算后依然在不断改动，一些境外的承包商更是敢于搬墙抽柱，拆墙打洞，不顾安全和经济。44 当前条件下问题的解决措施 4.1 重视影响经济技术指标的因素 作为企业经济效益使其追逐的首要
7、目标，安全又省钱是其企业对结构设计水平考核的重要目标，同时也是结构设计人员的追求。但是，当前在剪力墙与框架剪力墙结构设计中, 材料耗量的差别则相差较大, 而且这种结构体系在高层建筑中要占到 80%以上, 同时在高层住宅中要则占到 90%左右。为降低结构造价和材料耗量的意义很重要，所以可以从以下几个方面加以重视。 4.2 做好结构概念的设计，并加强结构的布置 概念设计应贯穿设计的全过程，尤其是在抗震设计中。要使钢筋混凝土结构绝对不出现裂缝是很难做到的, 而且要求做到也不一定是合理的。而高层设计中关键是避免在地震中结构的局部开裂或破坏而导致整个结构体系破坏,因此要求结构中要形成多道抗震防线，同时引
8、导预定部位在地震时出现塑性铰的作用，用来提高结构的能耗能力，从而可以改善构件的延性。同时结构布置时应注意到可以削弱地震的反应，平面刚性力求对称，竖向力求等强，可以合理确定他的抗侧刚度的中心位置，这样水平合力点通过或靠近中心，就避免产生扭转影响。 4.3 加强结构分析，寻求最合理的结构方案 前期方案设计的质量如何将对结构设计的材料耗能影响最大，据资料显示前期设计工作将会影响到投资的 25%-80%之间。一般情况而言，剪力墙结构中无论大开间或者是小开间方案, 都能满足规范中规定的要求, 其墙体配筋一般只是构造要求, 即使框剪结构中剪力墙的配筋率往往也5不高。在以往的情况中，往往是一种方案一次电算定
9、案，从而使得位移值不合理、结构自重较大，地震自振周期较短、刚度过大、地震自振周期较短等情况。而今后也应该注意到，剪力墙的增多或者截面尺寸的加大都可以提高结构侧向刚度以及增大地震荷载加大地震力的二重性的目的，剪力墙的布置不当、增大都会使结构受力不利。可以看出从寻求合理的结构方案可以有很大的经济技术的意义。比如：将传统的剪力墙用于 25 层以下的住宅中时, 往往会因墙量过多、墙肢长, 墙体的承载能力得不到充分利用, 而且材料耗量大还增大了结构自重, 使得结构刚度过大, 地震自振周期短, 加大了地震的反应，但是如若将传统的小开间剪力墙的方案改成大开间同时并适当合理的采用一些短肢墙或者异形柱，同时合理
10、减少墙体的用量，经过计算分析调整结构布置, 不仅仅能使结构取得较好的经济效果同时还可获得良好的建筑功能效果。同时根据一些资料的显示, 采用大开间的住宅可比采用小开间住宅将会节约 25%以上的墙量, 所以应尽量避免用小开间剪力墙。 4.4 结构方案应该考虑到综合效益问题 通常的情况下，人们一般认为纯钢结构是钢筋砼结构造价的 2 倍以上，混凝土与钢混合结构则是钢筋砼结构造价约在 1. 5 倍左右浮动。因此会误认为不管是什么情况钢筋砼都是较为经济实惠的，但是从哲学的观点来讲,这是用一点论来看问题，是具有片面性的。在具体的工程中，当地基较差、动迁费用较高、建设装修以及设备标准较高、低价较高等情况出现根
11、据材料其工程造价约占工程总投资的 50%以内，而一般的办公楼、住宅、宾馆中结构造价仅仅只占工程造价的 30%以内。 65 结语 合理做好框架剪力墙结构的设计，将会直接影响到技术经济指标的高低以及建筑物的安全使用。在结构设计的初步阶段，合理确定剪力墙的数目不但可以减少大量的重复工作的问题，同时还可以达到经济目标。但也必须看到在目前阶段，我国在剪力墙和框架剪力墙的设计中还存在很多的问题，如我们通常所说“千里之堤毁于蚁穴” ，在做设计工作时我们必须谨慎，将安全问题解决与萌芽阶段。 1 陈国宇. 框架剪力墙结构设计中的问题J. 福建建筑,2005(5) 2 周廷垣. 剪力墙和框架剪力墙结构设计中的若干问题J1998(8)
