建筑工程框架剪力墙结构的力学问题分析

建筑工程框架剪力墙结构的力学问题分析

陈伟杰

广东省清远市卓越工程建设监理有限公司广东省清远市511800

摘要：框架剪力墙结构是建筑工程重要的抗震结构，框架剪力墙结构的特点主要表现在较好的使用性能和抗震性能等方面。其从使用性能上分析，可以承受较强的建筑竖向和水平载荷，并且可以调节建筑工程的稳定性。鉴于此，本文对建筑工程框架剪力墙结构的力学问题分析具有重要的现实意义。

关键词：建筑工程；框架剪力墙结构；力学问题；分析

引言：随着我国建筑行业的发展，建筑规模和建筑物层数均得到了一定程度的增加和扩展。对于现代建筑而言，尤其是高层建筑物，其对抗震性能和稳定性能的要求也越来越高。由此，由框架和剪力墙组成的框架剪力墙结构的重要性和应用价值就显得尤为突出。本文在分析建筑工程框架剪力墙结构的力学问题过程中，将其分成了三部分，分别是建筑工程框架剪力墙结构的受力概述、建筑工程框架剪力墙结构的受力及变形性能以及建筑工程框架剪力墙的协同作用力学分析。

一、建筑工程框架剪力墙的受力概述

建筑工程框架剪力墙的布置可以优化建筑的使用空间，使其保持一定的灵活性和可操作性。在其发挥作用的过程中需要结合不同建筑工程的实际情况，选择一定数量的剪力墙，从而在满足建筑工程刚度要求的基础上，发挥出剪力墙的其他应用价值。

框架和剪力墙是两种不同抗侧力的结构，框架剪力墙的受力则是由二者共同承担。从建筑工程的角度分析，可以将剪力墙的受力情况分为上楼层和下楼层，即上楼层的剪力墙主要承担负剪力，下楼层的剪力墙主要承担水平方向的剪力。剪力墙是钢筋混凝土结构，其在建筑工程中之所以得到引用，主要是因为其具有较大的刚度、较好的整体性，可以有效的代替框架结构中的梁柱。因此，剪力墙的受力特征与框架结构中梁柱的受力特征是相同的，即要承受各方面产生的剪力和载荷力[1]。

二、建筑工程框架剪力墙结构的受力及变形性能

建筑工程中的框架剪力墙从结构上主要包括框架与剪力墙单独布置的结构、剪力墙嵌入到框架结构的柱跨内、在单片抗侧力结构中不间断的放置剪力墙和框架以及将上述三种形式组合在一起的结构形式，一共包括4种结构组合方式。

框架剪力墙的变形特征一般是上部层间变形要大于下部结构的层间变形，即属于一种剪弯型的变形方式，其主要源于框架剪力墙的受力特点。在不同的受力作用下，框架剪力墙的变形特点会发生较为显著的变化，例如在水平力的作用下，剪力墙的变形特点为弯曲变形，即变形线为曲线，框架会依据受力强度不同呈现出不同程度的剪切变形。为了保证建筑整体的结构位移与变形特征符合弯剪变化要求，当楼板刚度强度较大时，剪力墙与框架可以通过相互配合和作用，协调其中涉及到的位移关系[2]。

在实际作用过程中个，由于剪力墙的刚度性能较好，因此与其相比，从承受力和贡献度等角度分析，框架的负重要相对小一些。同时也正是由于剪力墙的刚度特性，使得框架剪力墙结构的受力特点和位移受到了较大的影响，框架剪力墙侧移曲线的变化规律与剪力墙的刚度特性值之间存在着较为明显的相关性，具体影响情况如下：

框架的刚度在刚度特征值较大时起主要作用，剪力墙刚度起辅助作用，结构位移与框架的剪切型相似；剪力墙刚度在刚度特征值较少时期主要作用，框架的刚度特性起辅助作用，结构位移与剪力墙的弯曲型相近。当刚度特征值处于中间范围，即2-6之间时，此时结构位移的特征在框架剪切型和剪力墙弯曲型之间，下部会形成较为明显的弯曲型，上部为剪切型。在这种作用下，不仅保证了建筑整体的协调性，同时也使得建筑结构的上下层变形更加均匀化。

三、建筑工程框架剪力墙的协同作用力学分析

（一）框架剪力墙的协同作用机理

框架与剪力墙是不同的抗侧力构件，这种性质决定了框架剪力墙发生协同作用的必然性。在两种抗侧力构件的基础上，框架剪力墙的协同作用需要引入楼板的作用，即在楼板、框架和剪力墙的共同作用下，使得建筑工程中的水平载荷和竖向载荷得到有效的控制和承担。

在框架剪力墙作用的过程中，因为剪力墙的刚度性能较好，因此其可以承担大部分的受力载荷。但是这种受力特性会根据建筑工程的变化而进行适度的调整，例如在楼层发生变化时就需要重新调整框架和剪力墙的受力载荷，保证不同结构的稳定性和适应性。从框架和剪力墙的受力特点上可以发现，框架的下部变形要小于剪力墙的下部变形，此时可以由剪力墙承担主要的下部载荷，框架作为辅助机构承担较轻的载荷量，上部载荷情况则与其相反。这种协同作用下可以保证上下载荷均匀分布，从整体上趋向于一个平衡状态。在这种协同作用的配合过程中可以有效的提高建筑的测向刚度，并且使建筑工程整体的使用性能得到有效的提高。

（二)框架与剪力墙的协作计算方法分析

在计算框架和剪力墙的协作载荷时，可以采用手算和计算机运算两种方法。实践过程中需要结合不同的建筑工程特点进行有针对性的选择，例如在建筑特征为结构平面和体型趋向于一种规则的状态时，可以采用计算机计算，计算过程中可以依据平面的抗侧力结构进行协同工作。手算方法在实施过程中主要是因为建筑结构内的所有剪力墙都集合在总的剪力墙当中，所有的框架也集中在一起，形成了总的框架，此时手算可以完成基于总体的载荷分配，从而保证框架剪力墙的均匀性特征。在手算的过程中需要计算的内容包括总框架的总剪力墙分别需要承担的内力，和框架剪力墙结构的整体侧向位移。

不管是采用计算机法还是手算法在计算过程中均需要基于以下假设条件：1.建筑工程的结构呈现规则性特征，同时剪力墙呈均匀分布，每一楼层的质心与刚心重合在一起，在其基础上假设楼盖的平面刚度是无限大的，且剪力墙和框架的水平位移相同，不需要考虑影响刚度和结构的其它影响因素；2.框架和剪力墙共同承担建筑结构水平方向的外载荷。3.在建筑物高度发生变化的过程中，框架与剪力墙的刚度会随其发生均匀的变化。

除上述计算内容以外，还要注意不同计算方法下的受力问题校核，即与框架和剪力墙受力相关的计算环节，需要对相应的结构进行受力特征的分析和载荷的校对，从而保证不同计算条件下的结果可以保持较高的准确性。

例如，某商务酒店采用框架剪力墙结构形式地上22层，地下3层，总高度约为53m，总宽度约为25m，抗震设防烈度为7度。根据建筑抗震防裂设计要求，结合其框架剪力墙具体结构形式，建设单位项目负责人决定采用平板式筏板基础和框架剪力墙进行设计施工，基础混凝土强度等级设为C40，垫层采用C15混凝土，垫层厚度设为100mm。对建筑结构进行布置时，要严格按照工程设计要求对结构高度比进行合理设计与控制，保证建筑承载力与楼板刚度符合要求。采用SATWE软件对建筑进行有限元模型建立，通过模型建立对建筑框架剪力墙结构的受力情况等进行仿真模拟，提高建筑框架剪力墙结构参数设计合理性，提高建筑参数计算效率与计算准确性，从而赋予建筑框架剪力墙结构良好的力学特性与抗震性能。

结论：综上所述，通过概述建筑工程框架剪力墙的受力，说明了框架剪力墙的受力特点以及其应用于建筑工程中的使用价值。通过分析建筑工程框架剪力墙结构的受力及变形性能，说明了框架与剪力墙不同受力条件下的变形特征和规律。在其基础上，由于框架和剪力墙是两种不同的抗侧力结构，因此分析了建筑工程框架剪力墙的协同作用，并说明了不同建筑结构下的计算方法。框架剪力墙作为建筑工程中重要的组成部分，其直接影响到建筑物的抗震性能和抗风性能。

参考文献：

[1]康钦容.缓斜煤层群采动影响下底板软岩巷道围岩稳定性控制[D].重庆大学,2011.

[2]任凤鸣.钢管混凝土框架—核心筒减震结构的抗震性能研究[D].广州大学,2012.