1、结合设计实例浅谈框架摘 要：框架剪力墙结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。本文从其抗侧刚度形成、地震剪力分配和如何提高整体结构延性等方面入手，结合工程实例，阐述了框架-核心筒结构设计中的一些概念和方法。 关键词：PKPM 框架-剪力墙 剪力分配 延性 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 中共晋江市委党校新校区建设项目位于晋江市行政中心，面向世纪大道，毗邻城市展馆，背靠罗裳山，占地面
2、积 70.5 亩，按功能需求分成教学综合区、行政办公区、会议中心区、生活服务区、体育休闲区、绿化停车区等 6 个功能区，总建筑面积 7.3 万多平方米。中共晋江市委党校教工宿舍楼总建筑面积 1487 平方米，地上建筑面积 13393 平方米，地下建筑面积 1468 平方米。其中地上十二层，地下一层。地下室层高 5.4米，13 层层高 5m，以上各层层高 3.9m，结构总高 53m。抗震设防烈度7 度，0.15g，类场地，100 年重现期基本风压 0.90KN/m2，地面粗糙度为 B 类。 主体结构选型及剪力墙的布局 本工程地下室至 3 层为长方形，三层以上为 L 形，由于建筑立面开窗比较多且大
3、，四周剪力墙布置受到限制，且电梯井及楼梯的布局不对称，所以结构设计难度比较大。采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙的结构形式。框架剪力墙结构中，剪力墙的布置和用量是由框架、剪力墙的爱力特征并结合建筑物的功能、布置来决定的。影响剪力墙的因素主要有以下几个主面加以考虑：剪力墙 的用量与框剪结构的平面布置有关。剪力墙是框架剪力墙的主要抗侧力构件，一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置，横向剪力墙宜均匀对称设置在建筑物的端部附近、楼、电梯间、平面形状弯化处及恒载较大的地方，纵向剪力墙宜布置在单元的中间区段内，纵横向剪力墙宜布置成 L 形、T 形和口字形等。剪力墙的用量与结构自振周期密切相关。结构自振周
4、期承随剪力墙刚度增大而变短。剪力墙用量与结构地震大小直接相关。结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而加大，且剪力墙布置过多，会使结构刚度过大，从而加大了地震效应，对结构也是不合理、不经济的。 框架柱倾覆弯矩及 0.2Q0 调整系数 框架剪力墙结构中框架柱倾覆弯矩及计算。根据高规8.13规定，框架剪力墙结构在基本振型地震作用下，若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的 50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，柱轴压比限值按框架结构采用。 本工程 WV02Q.OUT 文件见表 1 数据得出：框架部分承担的地震倾覆力矩小于总地震倾覆力矩的 50%,计算符合要求。 我们来看一下本工程底层
5、柱承担的倾覆弯矩（KNm）及地震剪力（KN）： 对于框架剪力墙结构，一般剪力墙的刚度很大，剪力墙吸收了大量的地震力，而框架部分所承担的地震力较小。根据抗规第 6.2.13 条规定，侧向钢度沿竖向分布基本均匀的框架剪力墙结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的 20%和按框架剪力墙结构分的框架部分各楼层地震剪 力中最大企 1.5 倍二者的较小值。侧向刚度沿可以看出，是一个合理的结构选型，此时外框柱剪力尚需做进一步内力调整以满足二道防线的承载力要求。 提高结构抗震性能的措施 框剪结构多用于 1025 层左右的商住楼，根据工程设计实践，这一类层数的房屋自振周期大都在 0.71.7
6、s，与某些地区的地震卓越周期较接近。如 1985 年墨西哥太平洋岸的 8.1 级地震，共有 164 幢 620 层的房屋倒塌，其中倒塌率最高是 1015 层的建筑，而 5 层以下和 25 层以上的破坏较轻。当楼层多于 14 层时，地震力的大小和破坏率都有一个明显的陡然增大的趋势。因此，采取一些经济实用的方法来改善框剪结构的抗震性能，提高结构的可靠度就显得尤为必要。结构控制理论为多种建 (构 )筑物的抗震设计提供了一条有效可行的新途径。框剪结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点，因此框剪结构是一种抗剪性能较好的体系。但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限相差很远，抗震性能较差，所以采
7、取以下措施改善框剪的抗震性：将剪力墙做成四周有梁柱的带边框墙。过框可阻止斜裂缝向相邻发展，还可在墙板后作承重构件代替墙板承重且有一定延性。控制每肢墙的高宽比，必要时可设结构洞口或结构竖缝使变成双肢墙或多肢墙，可控制裂缝和屈服部位出现在结构竖缝和洞口边梁处，形成耗能机构，同时使原剪力墙一分为二，刚度降低，避免发生剪切破坏和底部墙体过早屈服剪力墙的刚性连梁， 。而试验表明：当连梁的跨高比为 5 时，延性和耗能很好，连梁两端相对竖向位移的延性系数都在 8 以上，滞回曲线也相当饱满；当跨高比降至 1 时，延性系数则降至 3 左右，滞回曲线严重捏扰，耗能很小，最后弯剪破坏。加强框架的角柱，角柱是连结纵横
8、框架的枢纽，要增加框架结构的整体性，已要加强角柱的抗剪性能。 、沿周圈框架平面按 K 形支撑和 X 形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板，能有效克服框架的剪力滞后现象，显著提高框架的整体性和抗推刚度，减少结构的整体侧移，特别有利于减小层间侧移。但这种结构的延性较差，因此，可以在墙板上开十字形结构竖缝使之出现薄弱部位，形成延性耗能墙板。 从层间位移角曲线图可以看出，由于楼屋面梁剪力对相连接竖向构件弯曲变形的抑制，结构层间位移角从下往上先逐渐增大，至一定高度后，则逐渐减小。整体曲线光滑无突变，结构刚度沿竖向变化均匀，计算所得最大层间位移角比规范要求略有富余。由此可见，整个结构受力比
9、较均匀合理。 4. 楼梯影响 汶川地震后，让大家注意到楼梯对整体结构的影响， 抗规6.1.15指出：“楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响” 。 楼梯对结构的影响主要体现在其斜撑作用，通过将楼梯作为斜杆（斜板）模拟计算可知，其弹性侧向刚度相对框架结构是不可忽略的，对结构计算指标影响也很大。但是在楼梯间四周有钢筋混凝土剪力墙围合的结构（如框架-核心筒）计算中，其弹性侧刚度的影响是可以忽略的。但实际地震时，楼梯的弹塑性性能究竟如何，尚没有明确的结论，还需要不断研究。 5.结语 对于结构工程师而言，一个优秀的作品并不仅仅是在正常使用状况下的结构安全，更重要的是如何做到让结
10、构“大震不倒” ，这才是我们应该追求的最高境界。关于这一点，很多前辈给我们做了示范，比较典型的如林同炎大师设计的美洲银行，在马那瓜罕遇强震中，昂然不倒，楼立墟群，这也可以说是概念设计的胜利。因为地震从本质上讲并非一个力，而是一个能量概念，也就是说要求结构必须具备足够的耗散地震能量的能力。 对于框架-剪力墙结构，我们要认清结构的受力特性，着手做好剪力墙、框架柱的布置方案，设置多道抗震防线，框架与剪力墙起到了很好的互补作用，从整体上保证力流的简洁、顺畅。不能一开始就只是看到配筋，看计算结果的红不红，若如此，即使配筋做的再精细，实则本末倒置。 参考文献： 1 建筑抗震设计规范 GB50011-2010. 中国建筑工业出版社，2010 . 2 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010 中国建筑工业出版社. 3 李国强，李杰. 建筑结构抗震设计. 中国建筑工业出版社. 4 朱炳寅. 建筑结构设计问答及分析. 中国建筑工业出版社. 5 刘大海，杨翠如 高层建筑结构方案优选中国建筑工业出版社
