基于框架剪力墙结构抗震设计中的剪力墙设计研究分析

基于框架剪力墙结构抗震设计中的剪力墙设计研究分析

吴京涛

身份证号码：4505021990****0772

摘要：我国近些年的大多数数据显示，由于具有良好的抗震性能和实用性，框剪结构已经大范围的被运用在高层框剪结构建筑中。从框剪结构的受力特点来看，它的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在一般情况的水平荷载作用下，大约80%以上用剪力墙来承担。因此，框剪结构作为目前比较流行的结构体系，不仅抗剪性能比较好，它的延伸性和灵活的框架布置也是不可比拟的优势。框架剪力墙结构是框架和剪力墙两类竖向抗侧力构件结合的一种结构形式，框架主要承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平荷载，框架剪力墙结构已广泛的应用于现代建筑中。

关键词：框架剪力墙结构；剪力墙；协同合作；优化设计

1前言

经济的发展推动着人们生活水平的提高，生活水平的提高推动着人们不断的追求更舒适更高层次的生活环境，于是越来越多的建筑物如雨后春笋般拔地而起。这些建筑不仅对美观的要求不断提高，对建筑设计抗震性能的要求也不断提高，这就促使剪力墙抗震设计在高层框剪结构建筑中使用得越来越广泛。框架剪力墙结构是框架和剪力墙相互协同合作组成的结构体系，它能使两抗侧力构件的优势充分发挥，取长补短，使整体结构更加完善。该结构体系在平立面布置上较为灵活，有利于在各类公共建筑中采用。

2框剪结构的概述

2.1框剪结构的定义

框剪结构是“框架-剪力墙结构”的简称，它主要由梁柱框架构成，小部分是剪力墙。墙体是由密柱高粱空间框架或空间剪力墙组成，属于填充墙体，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件，主要是运用在平面或竖向布置复杂，水平荷载大的高层建筑物中。

2.2框剪结构的主要特征

2.2.1剪力墙结合

框架结构和剪力墙结构两种结构组合成了框剪结构，它结合了两者的优势，不仅能够为建筑平面布置提供较大的使用空间，还能够保持极佳的抗侧力性能。

2.2.2剪弯型

框剪结构将变形是剪切型的框架结构和变形是弯曲型的剪力墙结构结合成了弯剪变形，这样就将结构的层间相对位移比和顶点位移比缩小，从而提高了结构的侧向刚度。

2.2.3水平荷载

从受力特点来看，框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大，于是在水平荷载作用下，约百分之八十以上用剪力墙来承担。于是，框架剪力墙结构在水平荷载作用下包含了框架布置灵活、延伸性能良好和剪力墙刚度大的优势，框剪结构通过密切的合作，在水平作用下呈弯剪型位移曲线，层间变形趋于均匀，比纯框架结构侧移小，非结构性破坏小。在两者的合作之中，剪力墙主要作为抗侧力构件，框架起到二级防线作用，所以框剪结构的抗剪性能在众多结构体系中具有很大优势。

3框架剪力墙结构中剪力墙的数量与平面布置

第一，为避免出现较大的扭转，在进行框架剪力墙结构平面布置时不能产生过大的偏心；第二，要求限制结构的抗扭刚度要适中。在进行抗震设计过程中，要确保结构具有一定的抗扭刚度，就要对结构中的剪力墙进行合理的布置。在进行框架剪力墙结构设计时，为了确保结构在地震的作用下不产生过大的变形，就需要对剪力墙的刚度进行确定。剪力墙的刚度对结构的可靠性和经济性具有很大的影响：剪力墙刚度过小，在地震作用下剪力墙会发生过大变形，从而不能保证结构的可靠性；如果剪力墙刚度过大，会使结构的自振周期减小，地震荷载增大，不利于对工程造价的控制。随着框架剪力墙结构体系被广泛应用，计算剪力墙数目的方法也层出不穷，最为常见的方法是通过结构的水平位移限值来确定剪力墙的数量。

4框架剪力墙结构中剪力墙的设计要求

对框架剪力墙结构来说，剪力墙本身构造的设计与普通剪力墙结构并无差别，但在结构体系构造上要求框架剪力墙的周边应设置梁和端柱，其中楼层处的梁只作为构造要求。框架剪力墙结构中剪力墙周边框架梁、柱的作用是约束剪力墙，承受重力荷载，在发生较大侧向变形时，框架剪力墙结构中的剪力墙主要承受剪力，剪力墙周边框架梁、柱仍然承受重力荷载。框架剪力墙结构具有多道抗震防线的功能，可以将结构中的剪力墙看成是第一道防线，而框架剪力墙结构中剪力墙周边框架梁、柱可以看成是第二道防线。

5框架剪力墙结构中剪力墙的分类及优化分析

5.1框架剪力墙结构中剪力墙的分类

可以根据剪力墙洞口的尺寸来划分剪力墙的类型。根据尺寸的不同将剪力墙分为四种类型，分别为：最小洞口尺寸的整体剪力墙、稍大洞口尺寸的整体小开口剪力墙、偏大洞口尺寸的联肢剪力墙和洞口尺寸最大的壁式剪力墙四种不同类型，1）整体剪力墙：没有洞口或者洞口很小的剪力墙为整体剪力墙。其中，洞口总面积要小于墙体面积的百分之十六。2）整体小开口剪力墙：相对于整体剪力墙而言，整体小开口剪力墙的洞口稍大，洞口的总面积要大于墙体面积的百分之十六。3）联肢剪力墙：联肢剪力墙上会出现一系列或者是多列大洞口，如果剪力墙上开设一系列洞口时被叫做双肢墙，如果剪力墙上开设多列洞口时则被叫做多肢墙，不管是双肢墙还是多肢墙都被统称为联肢剪力墙。4）壁式剪力墙：壁式剪力墙开设的洞口又大又宽，这是壁式剪力墙的最大特点，壁式剪力墙又可以被称作壁式框架。

5.2框架剪力墙结构抗震设计中剪力墙的优化分析

在框架剪力墙结构抗震设计中，剪力墙的数量应该适中，如果剪力墙的数量过少，其抗侧刚度就比较低，也就减小了剪力墙抵抗水平地震作用的能力，结果会是结构出现侧向变形；而如果剪力墙的数量过多，又会导致结构的刚度过大，相应的增加了地震作用效应，同时还会使结构的内力增大，致使框架剪力墙根本发挥不出应有的作用。

5.2.1地震动影响剪力墙数量

①设防烈度的影响。框架剪力墙结构的抗震设防烈度直接决定其地震影响系数的最大值，提高框架剪力墙结构的抗震设防烈度就会使框架剪力墙结构受到的地震作用增大，意味着需要相应的增加剪力墙的数量。剪力墙的数量增多结构抗弯刚度增大，也就增加了地震作用效应。②场地类别的影响。在不同场地的建筑结构受到的地震作用也不同，一般情况下，低楼处于有厚覆盖土层且柔软的场地时，或者高楼处于有薄覆盖土层且坚硬的场地时，建筑结构受到的地震作用较小，所需的剪力墙数量也较少；反之，则建筑结构受到的地震作用较大，所需的剪力墙数量也较多。③震中距的影响。据研究发现，远距离的大震地面运动的振动波为长周期，其特征周期也相对较长；近距离的小震地面运动的振动波为短周期，其特征周期也相对较短。所以，在结构的抗震设防烈度取值相同的条件下，低楼结构自振周期不发生变化的前提下，当遇到远距离的大震时，结构受到的地震作用较小，所需的剪力墙数量也较少。

5.2.2地震作用计算

①底部剪力法。该方法为等效荷载法，用等效荷载的方法进行表示，根据等效荷载采用静力分析方法进行计算。②振型分解反应普法。该方法也是等效荷载法，计算方法与底部剪力法相同。③时程分析法。时程分析法就是对动力方程直接计算分析，得到地震反应和时间的变化关系，获得时程曲线。此三种方式相比较而言，底部剪力法和振型分解反应普法更加容易实现，在实际工程当中也经常使用这两种方式进行地震作用的计算。其中，底部剪力法适用于结构高度在四十米以内、以剪切变形为主且质量和刚度沿竖向分布均匀的结构；时程分析法应用于高度较大、抗震要求较高、以及特别不规则的结构，进行地震作用补充计算；而振型分解反应普法是应用最广的地震作用计算方法。

6结语

对于框架剪力墙结构中的剪力墙设计，设计师要考虑剪力墙的数量与平面设计，特别是剪力墙的数量，一定要进行合理的布置，要遵循框架剪力墙结构的抗震设计原则，从抗震概念设计的角度加以分析判断，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

参考文献：

[1]彪仿俊，阎晓铭，陈志强，王传甲，王庆扬，张劲.动力弹塑性时程分析的方法及其应用[J].深圳土木与建筑.2016（01）