框剪結構中剪力墻的合理布置淺析

【摘 要】框架-剪力墻結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構縱、橫方向的適當位置，在柱與柱之間布置一定數量的鋼筋混凝土墻體（剪力墻）而成。框剪結構是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側力性能。結構中的剪力墻可以單獨設置，也可以利用電梯井、樓梯間、管道井等墻體。各自優點的發揮，使得框剪結構造價僅高于框架結構，又比剪力墻結構經濟。因此，這種結構已被廣泛地應用于各類房屋建筑。但同時也必須看到：框剪結構中的框架往往只承受并傳遞豎向荷載，水平荷載及地震作用主要由剪力墻承擔，所以結構設計中應當注重結構布置中的框架和剪力墻的布置比例，以及剪力墻的布置位置，使得結構達到最合理狀態。

【關鍵詞】框剪結構；剪力墻；合理布置；分析

一、框剪結構的受力特點

眾所周知，框架結構的變形是剪切型，上部層間相對變形小，下部層間相對變形大。剪力墻結構的變形為彎曲型，上部層間相對變形大，下部層間相對變形小。對于框剪結構，由于兩種結構協同工作變形協調，形成了彎剪變形，使得整體結構的層間變形在下部小于純框架，在上部小于純剪力墻，即減小了結構的層間相對位移比和頂點位移比，使整體結構的側向剛度得到了提高。

在框剪結構中，剪力墻因為平面內側向剛度比框架的側向剛度大得多，在水平荷載及地震作用下，一般情況約80%作用力由剪力墻來承擔。框架和剪力墻通過水平剛度較大的樓蓋協同工作，在水平作用下呈彎剪型位移曲線，層間變形趨于均勻，比純框架結構側移小，非結構性破壞輕，其中剪力墻為主要抗側力構件，框架起到二級防線作用，比剪力墻體系延性好，布置靈活，因此，框剪結構是一種抗剪性能較好的結構體系。

二、工程實例

1、本文所選取工程實例概況

本建筑使用功能定位為辦公樓，工程位于新疆喀什某工業園區，主體四層，層高4.20m，頂層4.30m，設三處樓梯；所在地區的抗震設防烈度為8度，基本地震加速度為0.3g，設計地震分組為第三組，特征周期為0.45s，建筑抗震設防類別為丙類，場地土的類型為中硬場地土，場地類別為II類。

2、結構選型

因是多層，初擬定為框架結構，在計算水平地震作用時，設防要求為所說的“八度半”，水平地震作用較大，框架最大跨度為9.00m，結構整體計算水平位移不能滿足規范要求，調整柱截面太大，造價提高而且影響使用，所以改為框剪結構。根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）（下簡稱《抗規》）第6.1.2條，結構抗震等級框架為三級，剪力墻為二級。柱網及剪力墻布置見下圖1。

樓梯間部位設置剪力墻，x方向長度較長，端部設置剪力墻，因建筑構件及功能分布等原因，剪力墻設置不完全對稱，但基本滿足了剪力墻的布置位置“均勻、分散、周邊”的布置原則。

3、計算結果

1）傾覆彎矩。《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）（下簡稱《高規》）第8.1.3條規定：框剪結構中框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%但不大于80%時（大于80%時），框架部分的抗震等級和軸壓比限值宜（應）按框架結構的規定采用。說明了框剪結構體系中剪力墻承受主要水平荷載，框架以承擔豎向荷載為主，若框架部分承受了大于50%的總傾覆力矩，證明剪力墻布置的數量較少，不能滿足作為框剪結構對剪力墻作用的要求。本工程的傾覆力矩受力比例見下表1。

表1

規定水平力框架柱地震傾覆力矩百分比（抗規）

層號塔號框架柱

4

1

X 31.73%

Y 16.77%

3

1

X 24.50%

Y 14.44%

2

1

X 20.21%

Y 12.34%

1

1

X 17.99%

Y 11.15%

框架部分承受的傾覆力矩均小于50%（但大于10%），證明本結構中剪力墻的數量布置的比較合理，滿足了框剪結構中框架和剪力墻共同作用的要求。

2）周期、地震力與振型輸出文件。《高規》第3.4.5條規定：結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A及高度不應大于0.9。本結構計算中各自振周期見下表2。

表2

振型號周 期轉 角平動系數 （X+Y）扭轉系數

10.39880.291.00 （ 1.00+0.00 ）0.00

20.360290.130.99 （ 0.00+0.99 ）0.01

30.2963115.050.01 （ 0.00+0.01 ）0.99

Tt=0.2963與T1=0.3988的比值約為0.743，滿足要求。

3）根據《抗規》第5.2.5條規定（剪重比要求）：樓層最小地震剪力系數值λ在8