高層建筑框架—剪力墻結構防震設計技術要點

李曉莉

【摘 要】伴隨著時代的發展，人們的生活水平日益提高，愈發注重對物質條件的追求，并對住房提出了更高的標準。為緊追時代發展步伐，高層建筑框架-剪力墻結構應運而生，這不僅較好地滿足了人們的住房需求，還是工程建筑的巨大進步。框架-剪力墻結構憑借自身的顯著優勢，近年來，得到了工程設計人員的廣泛關注，并被大面積應用在高層建筑中。現階段，框架-剪力墻結構已經成為工程人員研究的主要內容，其中在其防震設計方面的研究居多。本文首先介紹框架-剪力墻結構，然后分析其設計特點，最后具體探究其設計要點。

【關鍵詞】高層建筑；框架-剪力墻結構；防震設計；技術要點

1 框架-剪力墻結構

1.1 設計概念

框架-剪力墻結構也被稱為框一剪結構，從字面上可知該結構主要包含框架與剪力墻這兩部分，實際上也是這兩部分的組合，并進行了適當調整，對其優點進行綜合利用，摒棄缺點，全面增強了該組合結構的抗力性能，它可充當抗震建筑材料。它的設計主要應用雙向抗側力體系，通俗來說是指在兩個主軸位置布設剪力墻。大多數情形中均將剪力墻位置設定在平面形狀的改變處。

1.2 抗力性能

待高層建筑結構出現變化后，此時便體現出剪切型特性，該特性也具有一定的規律，伴隨著樓層高度的增加，變化速度越緩慢。在框架-剪力墻結構中，通過受力特性分析可知，待平面內部剛度達到特定值后，樓頂會主動連接框架和剪力墻，構成整體，組建成網絡結構，一起抗衡水平側應力，免受結構變形的負面影響。在相同樓層中，框架剪力墻具有一樣的水平位移，其水平位移主要以處于框架和剪力墻內部的形態為代表性特征，呈現為一個反S型曲線，它也被稱作彎剪型。在框架-剪力墻結構內部，因下部層面的剪力墻變形不大，所以，肩負著超過80%的水平向剪力，這可提高結構側向剛度，合理均衡水平形變，最終降低結構變形程度。

1.3 抗震技術

1.3.1 機構控制

框架-剪力墻結構包含一個公式，伴隨著剪力墻數量的不斷增加，剪力墻體積和剛度也隨之加大。在實際設計環節，通過機構控制來調整該結構的剛度，以此來優化承載能力，比較可行，主要參照公式在結構中的具體位置合理設置塑性鉸，進而有效控制該結構的形態，即便發生，也能形成一個優良的耗能機構。

1.3.2 肢墻面

縮減肢墻面的面積，組建多肢墻，進而有效控制裂縫。同時，此種樣式的剪力墻還可削弱剛度，降低地震的破壞程度。

1.3.3 斜截面

在防震設計環節，為增強建筑物的承重能力，一般需要在剪力墻周邊使用上梁柱結構，進而構建包圍圈，這不僅能限制斜向裂縫的拓展，還能代替被破壞的剪力墻承受重力，在此處加設的邊框結構，通常要求應具備一定的斜截面負載能力。

2 防震設計特點

2.1 變形協調

從抗側力結構層面來說，因框剪與剪力墻存在差異，所以，一定要考慮受力特點以及變形狀態，此時需要尋找一個均衡點，以此來協調各自變化。在水平負載中，框架與剪力墻會協同工作，一起抗衡水平負載。同時，伴隨著樓層的不斷增加，水平位移增長速度逐步較快，待樓板水平高度位于特定臨界點時，框架與剪力墻會逐漸融合，不會出現單獨變形的現象。另外，在平移階段，這兩個結構具有相同的變形協調性，進而整體結構出現一定的變形。在剪力墻結構中，在下部樓層，剪力墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，剪力墻承受大部分水平力，上部樓層則相反，剪力墻位移越來越大，有外側的趨勢，而框架則有內收的趨勢，框架拉剪力墻按剪切型曲線變形。

2.2 設計標準與原則

伴隨著時代的進步，建筑設計特點日益多樣化，人們對住宅提出了新的要求，沖破了原有的平房老化區的束縛，高層建筑結構得到了越來越多居民的青睞，框架-剪力墻結構也得到工程設計人員的高度認可。在防震設計環節一般堅持墻的長度與厚度呈現5-8倍數關系的標準。同時，還應嚴格遵循分散設計原則，具體來說是指抗側力構件數量應充足、且布設分散、剛度與彎度滿足標準，剪力墻數量較多、剛度較小。在剪力墻面積固定的情形中，若想增強扭轉功能，應將剪力墻設置在平面形狀出現變化的位置。

2.3 受力情況

在框剪結構中，框架上部樓層除了負擔外荷載產生的水平力外，還額外負擔了把剪力墻拉回來的附加水平力，剪力墻不但不承受荷載產生的水平力，還因為給框架一個附加水平力而承受負剪力，所以，上部樓層即使外荷載產生的樓層剪力很小，框架中也出現相當大的剪力。我們應格外注意此點內容。

3 防震設計要點

3.1 提升框架的抗震性能

首先，增強框架結構角柱。這是因為角柱在橫縱框架結構中發揮著重要的連接作用，若想從整體層面提升框架結構性能，則應適當提升其抗剪能力；其次，在外圍框架平面中，合理設計剪力墻墻板的數量，這可全面解決框架剪力滯后的問題，增強整體性能，增加抵抗推理剛度，降低測量位移，尤其是層間位移。同時，還應明確該措施所引發的結構延性不良，若在墻板上合理設計十字開口，構建結構薄弱部位，組建延性耗能墻板，其成效顯著；最后，在框架結構中適當增設贅余構件，例如，偏交斜撐，通過彎曲耗能取代軸變耗能。在等級較大的地震災害中，贅余桿件既能達到先行屈服、實現形變以此來吸收地震能力，還能通過自身形變失效后，建筑物整體結構會出現穩定體系改變，進而調整建筑自振周期，規避共振效應的出現。

3.2 增強剪力墻的抗震性能

在防震設計環節，一方面，針對剪力墻周邊增設梁柱結構，構建邊框剪力墻，這不僅能限制斜向裂縫的不規則拓展，還能代替被破壞的剪力墻承受一定重力；另一方面，科學設計肢墻面積，盡量減小肢墻面積，依照結構形式組件多肢墻，有效控制裂縫，全面調整屈服部位，以免建筑物遭受地震時出現剪切破壞，規避底部墻體提前屈服現象的出現。

3.3 優化整體抗震性能

3.3.1 有效實施機構控制，獲得總體屈服效果

圍繞框剪結構，選擇適宜的位置，安裝塑性鉸，以此來控制塑性鉸的空間位置、形變和順序，組建優良的耗能結構。建筑結構在遭受水平向力后，最開始在水平構件中出現屈服現象，隨后豎向構件出現屈服。

3.3.2 協調剛度和延性

對比分析框架和剪力墻可知，這兩個結構在延性系數、剛度等參數上均存在一定差異，這在某種程度上限制了整體結構抗震性能的增強。從理論層面上而言，框剪結構存在各個構件無法統一發揮作用的現象，引發先后破壞、逐一擊破的現象，這嚴重削弱了結構組成構件的抗震性能，并降低了有效性；針對這一問題，在防震設計環節應有機結合各個構件，協調剛度和延性，確保達到建筑抗震標準。在框架設計環節，全面考慮軸壓比，并在剪力墻兩端設計邊緣約束，進而增加延性，規避剪切破壞現象的出現。

3.3.3 統一結構剛度與承重能力

綜上可知，在框剪結構內部，隨著剪力墻數量的不斷增加，體積和剛度隨之加大，同時，也會降低結構自身周期，提升整體水平地震作用。所以，在防震設計環節，應結合建筑物的具體情況全面考慮各個因素，進而明確結構的極限位移限值，準確設定剪力墻數量，確保安全、可靠、經濟。

4 結語

框架-剪力墻結構具有較強的結構互補性，近年來，他被大面積應用在高層建筑中。對于高層建筑框架-剪力墻結構而言，科學的設計有利于結構優勢的凸顯，進而增強抗震性能，其中在設計過程中最重要的便是剪力墻的實際數量與形式。所以，工程設計人員應重視設計環節，嚴格遵守設計原則，合理確定剪力墻數量，規范設計剪力墻形式。

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[責任編輯：楊玉潔]