框—剪結構在地震荷載作用下的優化設計

【摘要】隨著國民經濟的發展和社會的進步，各種新技術理念廣泛的應用在各行業之中，成為促進社會各產業發展的動力之源。建筑業作為國民經濟的重要組成部分，其發展與當前社會息息相關，伴隨著各種施工新技術、新理念的不斷產生與應用，建筑行業也呈現出前所未有的發展態勢，同時其建筑質量也受到人們的高度重視。地震作為一項危害巨大的自然災害，對建筑物有著不可估量的重大影響，同時其對人類生活和發展帶來了嚴重的危害。框架-剪力墻結構作為目前建筑工程項目的新結構，有著極好的抗震作用。本文就框架-剪力墻結構受力分析，探討了剪力墻結構和框架結構中抗震系數和抗震的關系 ，并指出了確定剪力墻卡巴果真系數的主要手段和方法。同時就當前框剪結構在應用中的合理布置方案做了詳細的分析，使得其能夠滿足當前房屋的使用要求，為人們生活奠定良好的安全保障。

【關鍵詞】框架一剪力墻；剪力墻數量；剛度；剪力墻布置

0.前言

在社會發展中，人們對各個環境認識不斷提高，隨著近年來世界各地地震的不斷發生，對各個城市的人們和社會發展都帶來了極大的危害。就我國而言08年的汶川地震，10年的玉樹地震等等，這些地震不僅僅造成我國經濟發展的嚴重影響，更是造成了慘重的人員傷亡。但是從某種意義上講，致命的不是地震，而是在地震中倒塌的建筑物。由于在過去建筑工程施工和設計中人們對抗震性能的忽視，導致在地震中各種建筑物的倒塌，造成人員的傷害高于地震本身帶來的危害，因此，建筑物的抗震設計非常重要。框架一剪力墻結構在當前的建筑結構設計和應用中是其主要的結構方式，其以良好的剛度和空間配置的靈活性成為當前建筑結構應用和探究的重點。此結構中剪力墻的剛度較大，主要承擔地震荷載，更是保證建筑結構安全穩定的關鍵因素。

1.框架-剪力墻結構概述

框架-剪力墻結構，俗稱為框剪結構。主要結構是框架，由梁柱構成，小部分是剪力墻。墻體全部采用填充墻體，由密柱高梁空間框架或空間剪力墻所組成，在水平荷載作用下起整體空間作用的抗側力構件。適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑。

2.框架一剪力墻結構的受力分析

在框架一剪力墻結構中，相當于用連桿將框架和剪力墻連成一個組合體系，構成了協同工作，他們不能單獨彎曲變形或剪切變形，因此，框架一剪力墻結構的變形曲線為彎剪型，其水平位移特征居于框架和剪力墻之間。因此，在框架一剪力墻結構中，如果剪力墻的剛度很大時，組合體系的變形將接近剪力墻的變形，如果框架的剛度很大時，組合體系的變形將接近框架的變形。故在底部剪力墻將協助框架工作，以減少框架的變形，在頂部框架將協助剪力墻工作，以減少剪力墻的變形。所以，由以上我們可以得知，框架一剪力墻結構中，框架主要承擔豎向使用荷載，而剪力墻剛度較大，主要承擔地震荷載。

3.剪力墻合理數量的確定

3．1地震荷載與剪力墻剛度之間的關系

我們可以看出T>0（0≤A≤6），所以T是的增函數。我們又知地震荷載與T成反比關系，故得地震荷載與剪力墻剛度成正比關系。即剪力墻剛度越大，地震荷載越大。由以上推導可知，地震荷載與剪力墻剛度成正比關系，即地震荷載隨剪力墻剛度的增大而增大，減小而減小。如果剪力墻的布置過少，則其剛度會相應的很少，房屋的變形增大，不能抵抗地震荷載；如果剪力墻的布置過大，則其剛度會相應的很大，房屋的自震周期減小，引起了地震荷載的增大，而且所耗的材料也會增大。所以，我們要研究的主要任務是怎樣合理選取剪力墻的剛度，選取一個合適的剪力墻剛度不僅減小了地震荷載，而且又滿足了房屋的使用和變形要求。

3．2剪力墻合理剛度的確定

一般情況下，我們假設地震荷載呈倒三角形分布，在倒三角形分布荷載作用下，我們可以推導得框架總抗側移剛度為：我們確定了框架一剪力墻結構的剛度特征值后，即可根據場地土特征周期，相應于烈度的地震影響系數，許可位移值。我們又知，根據框架的設計剪力不宜小于0．2，也不得大于0．4，相應的值應控制在。在確定合適剪力墻剛度時，我們可以先根據經驗在1．1-2．2之間選出一個合適的值，再由式（9）計算出對應的目，將其代入式（4）中算出值。如果算出的值與我們原先選出的值有差別，則再另選一個值，直至選值與計算出的值相等為止，這樣我們就可以找到一個最合適的剪力墻剛度。

4.剪力墻的合理布置方案

剪力墻的布置除了應著重確定剪力墻的數量及其相應的厚度以外，還應在以下幾個方面加以注意：

4.1剪力墻的厚度

剪力墻的厚度不應小于160mm且不應小于層高的1／20，底部加強部位的剪力墻厚度不應小于200mm，且不應小于層高的1／16。剪力墻的周邊應設置梁（或暗柱）和端柱組成的邊框；端柱截面宜與同層框架柱相同；剪力墻底部加強部位的端柱和緊靠剪力墻洞口的端柱宜按箍筋加密區的要求沿全高加密箍筋。剪力墻的豎向和橫向分布鋼筋，配筋率均不應小于0．25％，并且雙排布置，拉筋問距不應大于600rn／n，直徑不應小于6mm。

4.2結構的平面布置

剪力墻應雙向設置，盡量布置在建筑物的端部。每個方向的剪力墻應做到對稱，均勻，沿結構平面的周邊布置，盡量做到樓層平面的剛度中心與樓層結構的質量中心相結合，以達到節省造價，提高結構抗扭能力，增加結構安全性的目的。縱、橫剪力墻最好能連在一起，構成T形，L形和口字形。

4.3剪力墻的片數

沿每一主軸方向設置的剪力墻片數不應大于三片，為了避免地震荷載集中分布到一片剪力墻上，同方向的剪力墻的抗側移剛度應大小一致，且各片剪力墻的抗側移剛度相對比值應與所負擔的各樓層重力荷載相對應。

4.4剪力墻的長度

為了讓剪力墻有一定的延性，具有彎曲型構件的特征，不會引起剪切型破壞，每一片剪力墻（包括單片墻，小開洞墻）或多肢墻墻肢的總高度與其長度的比值H／L應不小于2，其中每一墻肢的長度還不宜大于8m。過長的墻肢可以利用高度不小于2／3層高的施工洞口，劃分成兩個以上的較窄墻肢。施工洞口可用砌體填補。

4.5剪力墻中連梁的布置

對于一片截面較長層的連續梁首先開裂，進入彈塑性狀態，并且要求連梁彎矩不得超過總彎矩設計值的20％，這樣就需要降低這層連梁的彎矩設計值，提高相鄰上下層彎矩設計值。一、二級剪力墻的洞口連梁，跨高比不宜大于5m，梁截面高度不應小于400mm。

5.結束語

抗震設計伴隨著當前社會發展逐步受到人們的關注，是當前建筑工程設計中的重要方式，更是保證建筑工程使用功能良好安全進行的關鍵基礎。在設計的過程中合理的利用各個基礎措施進行綜合分析是當前人們探究的重點形式和基礎保證。 [科]