結合實例分析框架剪力墻結構的抗震設計

劉貴榮

摘 要：框架-剪力墻結構由抗震墻與延性框架兩個系統組成，因其適用性以及良好的抗震性能，并且具有較高的性價比，得到了的廣泛應用。本文通過對框架剪力墻結構抗震設計的實例分析和比較，并且針對框架剪力墻結構抗震的性能和施工特點進行相關的探討，并通過對該結構的整體性能分析，以滿足不同建筑功能要求。框架-剪力墻結構擁有性價比高、耐久性較好、安全性與經濟性好等特點。

關鍵詞：框架剪力墻結構；抗震分析；設計探討

引 言

隨著科技的發展和城市化進程的逐漸加快，人們對居住環境的要求日益提高，尤其是近年來地震災害的頻發，讓我們看到了很多建筑中不規則的結構的破壞所帶來的人身和財產安全的巨大損害。因此為了保障更多的建筑物建設中的結構安全和建設成功后的正常使用，我們必須對建筑物的結構抗震性能進行加強。在當今建筑設計中主要采用框架和剪力墻結構，由于這兩種結構都屬于抗側力結構，抗震性能各有千秋，其區別在于剪力墻結構的抗側剛度相對較強，框架結構的空間的利用率相對較大。因此如何將剪力墻與框架結構的形變特征和諧起來，使得建筑在地震中體現出框架和剪力墻的結構優勢，以抵抗地震產生的破壞，是目前建筑行業力求實現的目標。

1 工程概況

廣州市某區的某工程，其中主樓22層，帶6層裙房，檐口高度97.5m，室內外高差0.4m，標準層層高4.6m，屬于《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ31010）（以下簡稱“高規”）規定的A級高度的高層建筑。由于建筑使用功能的要求，以及主樓存在結構樓板局部不連續、豎向立面尺寸突變的特點，并且為了滿足建筑平面疊合面積小于較小邊25%的設計要求，克服平面不規則性以及豎向不規則性問題，以及為了充分保證抗震性能，經探討采用框架-剪力墻結構體系。

2 結構受力分析

在該建筑工程中，由于結構樓板不連續，且存在扭轉不規則問題，因此會導致樓板在承受和傳遞豎向力的同時，把水平力傳遞和分配給豎向抗側力構件的情況。此外由于結構樓板是強度構件，樓板的抗震設計中，除了豎向力引起的平面外彎矩、扭矩和橫向剪力以外，還存在著協調變形，以及傳遞和分配水平力時產生的平面內剪力和軸力，這對建筑結構的抗震性能構成了一定的威脅，在抗震設計中應充分考慮相關因素，避免出現漏力現象，對抗震結構造成不可修復的損傷。同時由干剪力墻和框架的層間位移角彈性極限值相差很遠，抗震性能較差，改善框剪結構的抗震性能就顯得尤為必要。

3 建筑物抗震性能要求

上文提到該建筑工程的結構中存在樓板不連續的問題，同時樓板的扭轉也是潛在的問題，為了滿足該工程的結構安全性能的要求，應該按照以下的規范進行抗震性能設計：①根據《建筑物抗震設計規范》的要求，建筑物首先能夠達到的抗震標準是“小震不壞，大震不倒”。根據構件的類型不同和建筑的受力性質的不同以及每個部分的重要性不同，又有具體的抗震要求。②使用震型分解反應譜的方法來進行彈性設計分析，按照50年的基準期進行設計。建筑構件的配筋和斷面尺寸需要按照高層建筑物規范和抗震規范等規定的荷載組合進行計算。

在我國現有的規范的約束下，參照美國規范和其他的性能水準，對于建筑物的抗震性能做出了詳細的目標分類，詳細情況見下表，這個表格與“高規”推薦的C級性能目標基本符合。

對于建筑物的抗震設防標準來說，具體參見表2。這里建筑物的地面粗糙度為B類，基本風壓按照以下標準：對于50年一遇來說，風壓為0.50kN/m2；如果是100年一遇的情況，則基本風壓為0.60kN/m2。

4 框剪-剪力墻結構抗震設計準則

框剪-剪力墻結構對豎向布置繁雜或平面、水平荷載較大的高層建筑十分適用，但針對本工程的特殊性，常規的承載力設計法已經不能完全滿足本工程的結構安全性要求，因此按下列理念作為結構抗震設計的準則。

4.1 框架結構分析

由于建筑的框架結構僅僅滿足結構總體布置的一般原則，只能承受自身平面內的水平力，為了克服該工程樓板平面不規則性以及豎向不規則性問題，在結構設計中還應該考慮下面的一些要求：針對抗震設防的框架結構的設計，需要對橫向和縱向框架結構采取剛接框架的設計方案，并且設計成雙向梁柱抗側力體系；其次框架梁、柱中心線宜重合；框架結構的填充墻及隔墻宜選用輕質墻體，應避免其布置格局形成上下層剛度變化過大的情況，同時避免形成短柱和減少因抗側移剛度偏心所造成的扭轉；此外在進行框架結構抗震設計時，不應采用部分由砌體墻承重的混合承重形式，否則對建筑物的抗震不利。

4.2 剪力墻結構分析

剪力墻結構形式是高層住宅采用最為廣泛的一種結構形式。剪力墻結構能有效地承擔各類荷載引起的內力，以及控制結構的水平力，同時承受豎向力能力也較大，橫向剛度大，但剪力墻結構的延展性比較差，為了增加水平面的抗剪能力，必須增加剪力墻的設計厚度，不利于空間利用率的提升，通常情況下剪力墻結構只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身宿舍。而賓館中需要大空間的門廳、餐廳、商場等往往設置在另外的建筑單元中，一般在30m高度范圍內適用。同時針對本工程屬于高層建筑的情況，其上層設計中，若采用剪力墻結構，并且達到抗震設計要求，其空間可用率和設計成本均與實際設計標準都出現較大矛盾，不合理現象嚴重。

4.3 框架和剪力墻的協調設計準則

通過系統的分析與探討，發現框架和剪力墻結構存在著各自的優點和弊端，框架結構建筑布置比較靈活，可以形成較大的空間，但它的缺點是抵抗水平荷載的能力較差，而剪力墻結構則相反。為了滿足抗震強度設計要求，提高空間利用率，一般在進行像該工程項目的建設中，采用框架剪力墻的負荷結構。在框架-剪力墻結構中，框架和剪力墻是協調工作的，剪力墻主要承受水平荷載，框架主要承受垂直荷載，兩種結構協調應用，以滿足本工程的高層設計要求。

5 框架-剪力墻結構抗震設計

5.1 基于框架-剪力墻結構的抗震設計

結合該工程的設計要求，以及充分考慮相關設計因素的限制，在對框架-剪力墻結構的抗震設計過程中，需要充分考慮下列要求：設計上應保證連梁彎曲破壞先于剪切破壞，在連梁內充分配箍可配置交叉斜筋，保證梁內塑性鉸的出現。在結構布置上，上部住宅要采用大開間剪力墻，這樣能有效的減小上、下結構剛度比，下部大底盤大空間的框支柱及所有抗震墻混凝土強度等級要采用C50（5層以上塔樓混凝土強度等級改為C40到C30），以達到剪力墻數量優化。同時將所有框支柱的箍筋沿15層通長加密，將轉換層柱子伸至主體6層柱內，部分主筋伸至更高一層，以減少豎向剛度的差異。這樣能加強框架的角柱抗震性能，從而達到框架結構整體抗震性能。

5.2 基于框架-剪力墻結構位移的抗震設計

這種設計的特點是，根據結構本身的特點將其性能分為三個層次：防倒塌，保護人和正常使用，而各層之間的位移和角度的限制就是對這三個層次的一個量化。我們研究所使用的模式是等截面彎剪懸臂桿的側移，然而其荷載的分布顯然是呈倒三角形分布的，這既是所謂的側移模式。對于將側移曲線上的彎曲點所對應的樓層處的樓層之間的位移角就應該是達到所對應的限制時的目標側移曲線。我們可以根據這個模型的原理，通過調整曲線上的點位移角的結構，對應到現實的樓層當中，就可以使建筑物按照人們的想法進行抗震的要求設計。

6 結 論

框架-剪力墻結構具有諸多優點，在國內應用很普遍，所以很有必要對框剪結構抗震性能的設計進行分析。本工程通過對框架-剪力墻結構進行分析，確定了性能化抗震設計目標，希望對相關建筑工程項目具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]牛金龍，某框架-剪力墻結構的抗震設計.結構工程師.2013.10.

[2]黃長城，方林，金國芳.某不規則鋼框架結構房屋抗震性能分析研究.結構工程師.2013.10.