探讨框剪结构设计的影响因素

探讨框剪结构设计的影响因素

赵启龙

哈尔滨工业大学建筑设计研究院150090

摘要:选取框剪结构来布置剪力墙能够更好的满足建筑本身的需求，同时对建筑结构自身的体系也有很好的作用，同时它也使得建筑物本身有着比较好的承载力，所以这种技术也是建筑设计中比较重要的一个因素，本文主要分析了框剪结构设计的影响因素，以供参考和借鉴。

关键词:框剪结构；概念设计；抗震设计

在我国的抗震结构设计中，根据其层次提出了很多不同的地震防线概念，如果发生了地震的现象。建筑楼板的剪力墙能够和其他结构一起形成一个比较坚固的抗剪结构，这一结构对提升建筑自身的安全性和稳定性有着非常重要的作用。在剪力墙的刚度大不如前的时候会承担起后期的地震所产生的力的作用，在这一过程中需要有一定的塑性耗能机构，这样就能够更好的保证抗震的性能。

一、抗震概念设计

高层建筑结构中抗震设计应该对概念设计引起一定的重视，站在某个角度上来说概念设计的重要性甚至已经超过了对建筑结构的分析和计算过程，高层建筑结构中受力具有非常强的复杂性，但是当前人们对地震还没有一个非常清晰的认识，材料的实际性能和施工安装过程中产生的变异性都会使得计算出的结果和实际的数值有非常大的不同。

通常，抗震概念设计就是指抗震设计的初期阶段就需要按照相关的标准和要求以及尽量减少对建筑物本身损害的原则来进行相应的地基基础设计，在这一过程中还要充分考虑到建筑的平面和立面结构形式的布置，同时还要将这一环节中非常重要的环节进行严格的控制，同时更要将施工过程中容易出现问题的环节预先采取措施，防止施工中出现严重的安全隐患，然后再通过设计计算和结构的实际情况进行相应的处理，这样才能更好的保证建筑的抗震性能，在进行概念设计的过程中需要仔细考虑很多因素对整个建筑结构的影响，在框架剪力墙结构中剪力墙发挥着非常重要的作用，所以在采用这种结构形式的时候应该在两个主轴方向都设置剪力墙，这样就能够有效的提高整个建筑结构的抗剪能力和稳定性，因为这种结构本身的抗震设防烈度比较高，所以在实际的施工中不应该对其进行单向的设置，同时还要对结构的重要参数都进行有效的控制，这样才能更好的实现概念设计。实现了良好的概念设计才能更好的保证抗剪设计的质量，同时也保证了建筑结构自身的稳定性和安全性，同时也使得建筑的功能得到了优化。

二、结构设计

1、框剪结构剪力墙布置

剪力墙应该在布置在建筑物的周围，同时在布置的时候一定要保证其均匀性，同时还要充分发挥剪力墙自身的抗扭作用，在这一结构中，平面的凹凸处就是结构非常薄弱的环节，所以在这一区域布置剪力墙的过程中一定要能够更好的保证剪力墙自身的强度和刚度，横向的剪力墙和纵向的剪力墙也应该连接在一起，或者将整个结构设计成一种带边框的形式，最终形成一种L型或者是T型的口，同时在设计的过程中尽量要将整体结构的钢中心和建筑的质心重合在一起，这样才能更好的提高剪力墙自身的抗震能力和抗扭转能力，在设置的过程中也应该遵循连续均匀和对称的原则。

2、刚度特征值

在同等的条件下，框剪结构的刚度特征值要比其他结构大，使得整个结构的抗侧刚度减弱。通常情况下，对地震作用进行抵御的功能主要由框架结构来承担，如果在设计时所设计的抗侧刚度非常差就会使得结构在受力之后出现严重的变形现象，如果框架受到的荷载过重就会使得梁和柱的截面面积尺寸也有很大的变化，这样也就使得结构受到地震作用的影响进一步加大，整个结构的经济性也受到了非常大的影响。反过来说，如果刚度值过大，这就是说剪力墙结构的数量过多，这样的情况下就会使得整个结构的抗震刚度大大增大，同时其自自振的周期也会大大缩短，在这样的情况下就要使得结构的刚度值最好处在最好的工作状态当中，同时要保证其受力的均匀性，各个结构之间应该是相互配合的，同时其安全性也应该有相应的保障，这一环节对设计者日后工作的顺利进行有着十分重要的作用。

3、水平作用下的位移

在工程设计工作中，相关的规定和要求已经对设计的对应参数给出了非常明确的规定，层间的位移角应该小于1/800，这也是结构抗震强度的一个十分重要的参数，如果在不考虑偶然的偏心的情况下，这一数值只要在1.5以下就可以，在不能满足这一要求时应该首先对建筑物周边的受力情况进行简要的调整，通常可以采用增大剪力墙面积的方法也可以选用加高连梁的方式。

4.剪重比

剪重比体现结构在水平地震作用下反映强烈的一个重要指标，主要与结构体型、结构布置和抗震设防烈度有关。剪重比不满足，说明结构的抗侧刚度不足，地震力偏小。可按下列三种情况进行调整：

（1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度；

（2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标；

（3）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。

5.周期

周期比不满足规范要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。周期尽量控制在0.08～0.12N(N为层数)，超出这个范围，说明结构太刚或太柔，可作相应的调整。

三、工程实例

1.工程概况

本工程为一座综合实验楼，地上18层，地下2层，长度为69.6m，宽度为20.400m，计算高度为67.2m，采用框架剪力墙结构体系。抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，建筑物场地类别为Ⅱ类。拟建场地势较开阔，该场地属冲洪积平原，场地地形较为平坦，为抗震有利地段。

2.方案设计

首先通过合理运用结构概念，依靠主体与局部间的力学关系、破坏机理及个人经验，从宏观上对结构整体进行科学的分析，并考虑结构布置方案，初步确定柱网及框架梁柱的截面尺寸，继而确定抗震墙的数量及布置方案。纵、横向剪力墙宜组成L形、T形和匚形等形式，以使纵墙（横墙）可以作为横墙（纵墙）的翼缘，增强结构刚度和整体性。其中，L形剪力墙的结构刚度和整体性能较T形（对称翼缘和不对称翼缘）要好。

3.优化校核

根据框架梁柱合理线刚度比对结构进行优化，再由最优剪力墙抗弯刚度对剪力墙的数量、尺寸进行调整。通过PKPM对优化后的工程进行模拟，判别是否合理，进而完成框剪结构的整体优化。在应用计算软件对结构进行分析时，有些参数如振型组合数、最大地震作用方向和结构基本周期等在计算前很难估计，需要进行多次试算才能得到。

本文利用软件建立了该框架—剪力墙结构的三维空间模型。从分析结果可以看出，结构X方向最大层间位移角为1/1172，Y方向最大层间位移角为1/991。X向楼层最小剪重比（3.90%），Y向楼层最小剪重比（3.75%）。结构以X向平动为主的第一自振周期为T1=1.6340，以扭转为主的第一自振周期为T3=1.3480，其比值小于0.90，结构抗扭刚度满足要求。由于扭转效应对结构的影响不明显，因此不需考虑扭转效应。

三、结语

在建筑结构设计尤其是剪力结构设计的过程中一定要重视对框剪结构体系的概念设计，同时在设计的过程中还要对其综合性的影响因素进行仔细的考量，严格按照相关的标准和要求对其进行有效的处理和控制，这样就可以在满足相关要求的同时也提高工作的时效性。

参考文献：

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