簡析框架剪力墻結構設計

王長剛

摘 ? ?要：隨著我國建筑行業的迅猛發展，高層建筑越來越多，框架-剪力墻結構有其眾多優點而被廣泛應用，本文主要分析了框剪結構受作用力的特性，結合建筑的使用情況確定了框剪結構的排列布置以及怎樣進行合理優化設計，達到節能降耗的目的。

關鍵詞：框剪結構;優化;剪力墻布置

1 ?引言

框架剪力墻結構也稱框剪結構，是在框架結構中設置一部分剪力墻的結構體系。框架結構的主要優勢在于靈活、自由的使用空間，能夠滿足不同建筑功能的要求。但其側向剛度比較小，而建筑層數比較多時，容易導致結構較大的側移，影響結構構件安全，而影響使用。剪力墻結構恰恰相反，其優點為側向剛度比較大，水平作用下位移比較小，但剪力墻結構的間距小，使得建筑平面布置較局限，不適用于具有大空間要求的空間布置，另外其地震力較大。由以上比較發現，兩者的優缺點存在互補性，便產生了另一種結構形式，即框剪結構。其一方面具備框架結構的平面布局靈活、有較大布置空間的優點，另一方面具備剪力墻的側向剛度較大的優勢，是兩者優點的結合，這種結構體系為高層民用建筑的布置使用創造了較大的空間。因此，框架剪力墻結構體系在很多地區都得到廣泛的應用。

2 ?剪力墻旳結構性能

在形狀方面分析，剪力墻可視為一塊豎向樓板，在抵抗豎向力方面分析，可視為拉長的框架柱，在抵抗側力方面分析，可視為豎向的懸臂梁。剪力墻類似于樓板，由于其表面積比較大，很易產生溫度收縮裂縫，所以剪力墻一般設置具有雙層雙向的分布筋。和框架柱相似，為了確保承受壓力的構件在豎向力作用下具有一定延性，應限制剪力墻的軸壓比。和框架柱對比，剪力墻在承受壓力時有下列不同之處：首先，剪力墻發揮的作用更大，所以軸壓比比框架柱要求的更加嚴格。其次，剪力墻通常比較薄，在壓力作用下很容易失去穩定性。另外，豎向力是借助樓板作用在剪力墻上，這些力可能有一定程度的偏移，并在剪力墻上產生平面外彎矩，因此剪力墻的豎向分布筋不僅要承受熱應力，而且還要承受平面外彎矩。和懸臂梁相似，剪力墻需要承受因側向力而產生的剪力與彎矩，從而剪力墻的水平分布筋不但承受熱應力，還要承受剪力。

3 ?框剪結構中剪力墻的優化布置及構造要求

剪力墻的多少直接影響到框架-剪力墻結構的經濟性和合理性。根據規范的要求，為了最大程度的發揮框剪結構的特性，在結構底部的剪力墻所承受的地震彎矩值應大于等于地震總彎矩值的百分之五十，小于此值應按框架體系進行處理。在框剪結構中，主體的側向剛度受控于同一方向的各片剪力墻截面的彎曲剛度總和，側向剛度增大，結構的水平位移隨之減小。一般情況下，依據規范規定的結構水平位移的限值確定剪力墻的多少。規范允許的框剪結構的彈性層間位移角應小于八百分之一。與此同時，剪力墻的數量亦不宜太多，否則由地運動引起的結構動態作用相應加大，將使得剪力墻吸收大多數水平地溪力，進而限制了框架結構的發揮，并且將增加成本，造成不必要的浪費。剪力墻布置與主體平面布局相關，通常是雙向布置。在框架-剪力墻結構中，剪力墻作為主要抗側力的構件，為能使框剪結構在兩個主軸方向上都具有滿足要求的水平承載力與側向剛度，剪力墻應均勻的布置在兩個主軸方向上，形成雙向抗側力體系。各個方向上的剪力墻布置應最大程度做到“均勻，周邊，分散，對稱”。布置剪力墻時也應該考慮地震力，使其分散作用在剛度大體相同的多片剪力墻上，若相對集中地布置，地震力就會集中作用，導致墻體的設計難度加大甚至墻體破壞，其它剪力墻與框架構件由于較弱無法抵抗這些地震力，導致結構的安全性受到破壞。同一方向上的每片剪力墻應該均勻分散地布置在建筑平面各個部位，剪力墻宜避免太過集中的布置，在單片剪力墻底部所抵抗的水平剪力不宜大于在結構底部所抵抗的總剪力的百分之四十，避免導致地震力對各個框架之間作用不勻稱。

4 ?框剪結構的優化設計

現階段，高層民用建筑數量在迅速增長，建筑工程造價也在不斷的升高，鋼筋混凝土的成本又在建筑的總體成本占主要地位，很多甲方為了降低成本，便對設計單位提出苛刻要求，尤其對工程中的鋼筋用量進行嚴格把控，而“高層建筑混凝土結構技術規程”對高層建筑在結構形式的選擇上沒給出明確的規定，身為結構設計工程師，怎樣在復雜的社會環境中站穩腳跟，怎樣更好的執行國家有關設計規范的條文，怎樣在確保結構安全的基礎上進行科學經濟合理的整體結構設計，是目前我們最應該思考的問題，這就要求我們對國家規范能理解到位，并切能對規范靈活應用。框架-剪力墻結構的優化設計是分別對剪力墻與框架進行優化，此過程包括優化布置、初始合理選型、計算后的優化設計。第二節已重點闡述了前兩項過程，在此不在贅述，計算后的優化設計包括剪力墻與框架兩個環節，根據其中框架結構構件內力的計算分別對框架梁柱及樓板結構進行優化設計，可以完善梁、柱、板的幾何尺寸，當結構中剪力墻的水平側移值達到或接近規范規定的最大側移值時，剪力墻厚度最佳，最后合成一個新的框架-剪力墻剪結構體系，分析其結構內力，根據計算出的數據，再次對框架結構的構件及剪力墻位置進行優化設計，完善框剪結構體系。

5 ?結語

框架-剪力墻結構因為它具有很好的受力性及適用性特點而在高層民用建筑結構設計中得到普遍的運用，具有很多的優勢，其結合了剪力墻和框架結構兩大結構體系的優勢。在當下社會高層建筑數量的不斷增長的情況下，傳統的設計方法顯得過于保守和局限，進而突出了對框剪結構進行優化設計的重要性，對于減少工程造價具有指導意義。

參考文獻：

[1] 杜彥杰.對框架剪力墻結構設計的探討[J].工程技術發展，2014（1178）.

[2] 黃慧鵬.對框架剪力墻結構中端柱設計的探討[J].房地產導刊，2015（47）：11～12.

[3] 張倩倩，王汝鵬.對框架-剪力墻結構設計中問題的探討[J].建筑工程技術，2014（11）：96+99.

[4] 楊艷飛.試析建筑剪力墻結構設計探究[J].裝飾裝修天，2018 （11）：203.