淺議框架剪力墻結構設計中的抗震若干問題

彭勇

摘要：隨著高層建筑規模的迅速擴大，框架剪力墻憑借著其性價比、抗震性能等優點，應用也開始十分普遍。其結構有助于提升建筑的抗震性，避免建筑出現受力不均勻的問題，從而保障高層建筑的耐久性以及安全性。但是剪力墻結構設計是否嚴謹科學，決定了其抗震性的級別有多高。因此本文將主要探討框架剪力墻結構的分類及特點、設計原則、設計流程對抗震性能的影響效果，以此來強調框架剪力墻設計的嚴謹性及合理性的重要性。

關鍵詞：高層建筑;框架剪力墻結構;設計原則;抗震性能

引言：

經實驗調查研究表明，在地震力強作用下，剪力墻結構如果能承載一半地震傾覆力矩，基本就可以稱其結構為框架——剪力墻。地震傾覆力矩主要計算方式為電算，通過矩陣位移法方法求解，有助于提升計算結果的精確度。

1. 框架—剪力墻結構相關概述

1.1 框架—剪力墻結構概念

框架—剪力墻結構主要由框架結構（鋼筋混凝土澆筑）與剪力墻結構構成。其中剪力墻是保障框架結構的抗震性能的重要部件。現今剪力墻結構普遍應用于城市中高層建筑以及一些高抗震設防烈度的地區中。

1.2 剪力墻分類以及受力特點

根據剪力墻布置位置、有無洞口、形狀以及洞口大小等標準可分為四類，即整體小開口墻、整截面墻、壁式框架以及聯肢墻。梁、肢等參數決定了剪力墻的整體系數，前者參數越弱，剪力墻整體系數越小。因此需要對剪力墻的相關參數進行合理且嚴謹的設計，才能有效保證梁與墻肢的連接有較大的彎矩。因此在分類時需要將其截面的慣性矩等參數設計合理，以此來確保剪力墻的堅固性。壁式框架的剪力墻整體系數大于10，而小于10的則為聯肢墻。因為類型不同，其受力特點也存在一定的差異性。

如果想使受力性差距減小，則需要整體開口墻和截面墻均有著偏向理想的性能，從變形曲線上可以看出它們的彎度是較為相似的。但是也會有細微的差別，比如整體截面墻是無洞的，同時也沒有設計反彎點，從而使得彎矩穩定性會更強。如果整體開口墻和整體截面墻的約束力較強，則代表肢墻梁較強。例如剪力墻是L型對稱形狀，墻厚為220mm，長度為1800mm，翼緣寬度為420mm，共16層，而連梁凈垮為1.3面。只有梁高達到1200mm時，剪力墻整體系數才能提升到10。從這個例子我們可以發現，肢墻梁更強的可能與整截面墻和整體小開口墻的參數有密切關系。

1.3 剪力墻的抗震性能概述

對于高層建筑而言，如果只選擇鋼筋混凝土澆筑的框架結構，則不具備較強的抗側向剛度，對水平荷載的抗性也不高，因此無法達到較好的抗震性能。而剪力墻結構的應用，則可以有著較好的抗側力剛度和豎向剛度，但是其布置位置有一定的限制，而且不能單純滿足建筑結構對空間的要求。所以如果聯合采用框架—剪力墻結構，可以根據實際需求來選取合適的框架結構上的平面位置來布置剪力墻，框架結構能提升豎向承載力，而剪力墻結構能夠承載水平荷載力。聯合運用能夠極大可能增強高層建筑結構的剛度，從而保障其具有良好的抗震性和安全性。

2. 框架—剪力墻結構關于優化抗震性能的設計思路

2.1 對框架抗震性能優化設計

框架結構主要負責承載縱向荷載力，因此角柱的涉及到抗震性能起到重要的影響。在設計之初，要對工程實際情況進行全面了解，加強實際工程對角柱抗剪性的要求，從而來提高整體框架的抗震性能。角柱的布置可以采取X形或者K形兩種支撐形式。與此同時加固處理鋼筋混凝土與剪墻板對抗力，以此來避免框架剪力滯后的問題，確保框架結構具備高穩定性。但是為了不破壞框架結構的整體延性，需要在墻板上加入一個十字形的豎縫，降低其延性耗能，提升抗震性能。

2.2 對剪力墻抗震性能優化設計

在設計剪力墻時，需要注意兩個方面，即1）根據混凝土的強度級數來調整剪力墻，以確保有較好的抗震性能;2）對剪力墻的截面尺寸以及布置位置進行優化設計，以此來保障剪力墻結構又較為均勻的整體剛度，從而提高水平荷載力，避免因為地震沖擊使得結構產生扭轉。同時經過研究調查，剪力墻的高寬比與剪切變形的可能性成反比，也就是高寬比數值越大，剪力墻發生剪切變形的可能性就越低。因此在設計中需要重點設計剪力墻的彎曲剛度。此外，剪力墻的四周可以加固邊框墻體，采用梁柱結構進行支撐，從而避免斜向裂縫延伸到相鄰邊框位置，提高抗剪性能。

2.3對整體結構的抗震性能優化設計

首先要確保框架—剪力墻結構的整體承載力和剛度之間的關系，根據工程實際情況來嚴格控制剪力墻的數量;其次應當合理計算抗震墻的數量以及厚度。同時在設計結構時還要考慮工程所在的地質狀況、工程造價以及地方抗震設防等級對抗震性能的要求，從而兼顧結構的合理性和抗震性能。

2.4 應用SATWE等相關軟件，提高計算精確度

SATWE是一種運用于過高層建筑結構分析與設計的分析程序，可以幫助工程師解決剪力墻和樓板模型的簡化，還能縮小簡化后模型的誤差，從而提高分析的精確度，最終得出高層建筑結構實際的受力情況。同時它具有較快的計算速度和強大的數據分析功能，對抗震性能的優良設計提供技術支持。因此在設計框架剪力墻結構時，可以利用SATWE軟件來計算截面配筋，從而使其計算結果更符合工程實際情況。包括一些地下室空間結構的設計中，也可以運用SATWE軟件來精確分析。

結束語：

框架剪力墻結構又被簡稱為框剪結構，通過框架和剪力墻構成的雙向抗側力體系，其最大的優點在于布置靈活、抗震性好、承載力強、避免側向位移等、其中剪力墻數量以及布置位置對結構質心及剛心的位置有較大影響，因此在設計剪力墻結構時，需要盡可能使其質心與剛心相重合，以此來避免結構因地震沖擊而產生脆性的破壞。

參考文獻：

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出生年月—：1992.10 性別：男 民族：漢 籍貫：湖北省天門市 職務/職稱：項目設計師/助理工程師 學歷：大學本科 研究方向：裝配式建筑設計/結構設計