1、浅谈框剪结构的设计要点【摘 要】框剪结构作为一种空间灵活抗震效果好的结构体系也有其优缺点，在实际设计过程中应针对其受力变形等特点进行各方面的调节，以达到经济合理且不失其空间灵活的优点。 框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构。主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。 由于框剪结构结合了框架结构和剪力墙结构两者的优点，既能为建筑平面提供较大的设计空间，又有较好的抗侧力性能，内部空间灵活，故倍受高层写字楼的青睐。 框剪结构也有其不足之处，因框架梁柱不
2、如剪力墙刚度大，剪力墙容易吸引地震力，故剪力墙部分很难通过计算，须将剪力墙厚度增加到很大才能通个各方面计算，但是往往因为剪力墙的加厚而引起更加不均匀的地震力分配导致此部分剪力墙更加不利。 在变形方面，框架结构是剪切型，上部结构层间相对变形小，下部结构层间相对变形大；剪力墙结构是弯曲型，上部结构层间相对变形大，下部结构层间相对变形小；而框剪结构则是剪弯型，结合了两种结构共同变形协调作用，减小了层间相对位移比，使结构侧向刚度得到很好的提高。 在受力方面，由于剪力墙侧向刚度比框架侧向刚度大很多，且剪力墙在下部结构中侧向位移趋势小于框架，故剪力墙在一定程度上约束了框架结构的侧向变形，水平荷载主要由剪力
3、墙承受；而在上部结构中，由于剪力墙侧向位移逐渐加大并有超出框架部分的趋势，故此时框架结构反而会承受一部分约束剪力墙侧向变形的附加力，因此，在上部结构中框架也承担了很大一部分的水平力。这点从计算结果数据中可以明确地看到。 从竖向剪力分配来看，框架结构对剪力的控制部位一般在建筑的中部或者上部，而剪力墙的控制部位一般在建筑的底部。综合两种结构的框剪结构，其最大的层间位移一般在（0.40.8）H 范围内的楼层，以下是某框剪结构计算结果片段： = 工况 1 = X 方向地震作用下的楼层最大位移（见表 1） X 方向最大层间位移角： 1/ 895.（第 16 层第 1 塔） 结果显示最大层间位移角为 16
4、 层，位于建筑的中间部分，与理论相符。 那么在设计结构设计中，我们设计要点是什么？结合规范及以往设计经验，我们应该在以下几个方面予以注意： 1、在建筑抗震设计规范 （GB50011- 2010）第 6.1.8 条中，规定：“抗震墙宜贯通房屋全高” ，故实际设计中，不宜出现剪力墙布置的突变，即不宜减少剪力墙的布置，只可适当变薄，但尽量避免剪力墙位置的变动，否则在突变楼层，位移及剪力墙受力会非常不利。 “楼梯间宜设置抗震墙，但不宜造成较大的扭转效应” ，众所周知，在普通情况下楼梯间刚度较为脆弱，不管是砌体结构中要求楼梯间四角布置构造柱还是框剪结构中布置剪力墙都是对其刚度的加强，前提是，不能一味地将
5、墙体全都布置在楼梯间，以免刚度过于集中过大地削弱外围结构的刚度造成结构扭转。 表一 “抗震墙两端（不包括洞口两侧）宜设置端柱或与另一方向的抗震墙连接” ，一般在框架剪力墙设计中，我们会在剪力墙每层的层顶增加墙顶暗梁，剪力墙不能形成筒状结构时，均依附周围框架柱建立，且两柱间整个柱距增加一段剪力墙比增加同等长度的多个墙垛有效得多，甚至增加墙垛对框架剪力墙位移及刚度的调整不会出现较好的调节作用，故在框剪结构中，剪力墙上下左右四周宜有框架柱及梁形成一个边框，不仅可以阻止斜裂缝向相邻墙体发展，还可在墙体破坏后作为承重构件代替墙体承重，在破坏过程中形成二级防护，对阻止结构彻底破坏起到一定作用。 “房屋较长
6、时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间” ，在水平力下，结构的外圈水平位移较大，若刚度较大的剪力墙布置的端开间，则在刚度越大吸收地震力越大的情况下，水平位移也会越大，对结构非常不利。 “抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于 300mm”，洞口上下对齐是承重墙结构的共同要求，包括砌体结构及剪力墙结构，放置洞口移动造成剪力突变从而引起破坏。洞边距端柱不宜小于 300mm 则是为了端柱能较好地发挥作用。 2、对于抗剪结构的连梁，应允许其在大震作用中有一定的破坏从而保护剪力墙自身的安全，在实际设计中，由于跨高比越小连梁的刚度越大其延性越小，在设计跨高比较小如趋近于 1 的连梁时，可在连梁高
7、度1/2 处设置水平缝，上下埋置钢板，用高强螺栓将两钢板连接，在竖向荷载作用下，由于上下两部分有螺栓连接，可视为同一结构构件进行承重，在大震的水平力下，两钢板间可进行一定程度下的相对滑动，减小刚度并增加连梁的延性。 3、对于较长的剪力墙，墙中间宜设置洞口削弱其刚度，以免刚度过于集中造成剪力墙的较早破坏，应在多处布置开洞的墙体而不是在较少部位布置厚而实的墙体使得应力过于集中，达不到理想效果。 4、在实际设计中，框架剪力墙究竟需要布置多少剪力墙才算合理呢？在高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2010）中，第 8.1.3 条规定：“框架结构承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的 10%时
8、，按剪力墙进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 10%单不大于 50%时，按框架剪力墙结构进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50%但不大于 80%时，按框架剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 80%时，按框架剪力墙结构进行设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用。 ”故在框剪结构中，剪力墙所承受的水平力宜不小于 50%，且应满足抗剪结构弹性层间位移角限值的要求“1/800” 。在墙体布置中，也并非越多越好，墙体越多，厚度越大，刚度也越大，自振周期也越小，吸引的地震力也
9、就越多。所以，应本着经济合理的原则来确定墙体布置的上限。 5、在框剪结构布置中，应考虑到结构刚度的对称性，利用建筑功能分区有效布置墙体，建筑专业在设计时也应考虑到此情况合理设计墙体，且应考虑框剪结构墙体厚度，否则后期施工图时容易出现走廊通道等功能性房间净宽不够的局面。 6、在新技术方面，可采用一些钢纤维混凝土、设置斜撑杆件、设置消能阻尼器等等。 综上所述，在框剪结构的设计中应注意以下几点： 1、协调各构件的刚度及延性，在提高框架部分空间性能的同时有效地布置剪力墙。 2、在设计初期与建筑专业做好协调工作，使得剪力墙可以贯通建筑全高。 3、增加多道抗震防线及延性耗能机构。 4、学习并采用一些新材料新技术来提高结构自身的抗震性能。 参考文献： 1建筑抗震设计规范 GB50011-2010 2高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010 3全国民用建筑工程设计技术措施 结构 4北京市建筑设计技术细则
