試論框剪結構體系中剪力墻合理布置原則

摘 要：框剪結構體系是框架和剪力墻的結合，通過合理布置能夠兼有框架和剪力墻的優(yōu)點，彌補兩者的不足，因此在高層建筑中廣泛應用，例如有一定高度的商業(yè)樓、辦公樓等。建筑物的設計往往都要本著安全、使用、經(jīng)濟、美觀的原則，框剪結構體系的合理設計也不例外，其中合理的確定剪力墻的布置數(shù)量和位置是剪力墻在框剪結構體系中合理應用的關鍵因素。本文將試論剪力墻的合理布置原則。

關鍵詞：橋梁框剪結構體系；剪力墻；數(shù)量安排；位置合理布置

中圖分類號： TU398 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）11-0115-01

剪力墻在房屋或構筑物中主要擔負著承受風荷載和由地震作用引起的水平荷載?？蚣艚Y構體系中剪力墻起到了極其重要的作用。例如在地震的作用下，剪力墻在框剪結構體系中需要承受80%左右的總水平地震作用。因此，剪力墻的合理布置在整個建筑工程中是關鍵因素之一。

1 優(yōu)化剪力墻的數(shù)量

框剪結構體系中合適的剪力墻數(shù)量關系到建筑的安全性能和經(jīng)濟成本等建筑元素。當剪力墻配置數(shù)量太少時，難以很好地抵抗地震作用中引起的水平荷載作用，容易產(chǎn)生側向的變形，無法達到安全標準。因此剪力墻的配置數(shù)量需要進一步優(yōu)化，使其達到最優(yōu)剛度。

單純從剛度來看，剪力墻數(shù)量越多，震害會相應的減少，然而這種考慮并不全面，沒有考慮到建筑物自重增加，周期縮短會使地震作用增加，對基礎設計是一種負擔。日本對框剪結構的研究控制分析時采用的是雙指標：一是采用平均壓應力（σ）來反映建筑層數(shù)、重量、及結構截面面積等影響因素，平均壓應力即為樓層以上重量與樓層剪力墻和框架柱截面積的比值；二是用剪力墻截面率（ψ）來反映剪力墻厚等因素，剪力墻截面率即剪力墻截面面積與樓面面積的比值。結果顯示無震害的合理范圍σ<1.2MPa，ψ>3000～5000mm2/㎡。

2 合理布置剪力墻的位置

2.1 框剪結構體系中剪力墻的合理布置需要遵循對稱、均勻、分散和沿周邊的原則

2.1.1 剪力墻布置時縱向和橫向應大致對稱

剪力墻布置時縱向和橫向應大致對稱，才能夠使兩個方向的自振周期接近，如果出現(xiàn)特殊情況，其中一個方向不能布置剪力墻時，此方向需采用抗側力的結構取代，例如可采用壁式框架，總之兩個方向在水平作用力下應可以產(chǎn)生較為接近的位移值。剪力墻布置于建筑物周邊及建筑物內(nèi)樓電梯間等位置時宜均勻對稱，在平面形狀變化的部位和恒載較大的部位均需盡量滿足均勻對稱分布。

2.1.2 均勻分散布置剪力墻對于剛度的合理分布有很大意義

一般墻肢的長度不宜超過8m，每片剪力墻剛度不要太大。每一片剪力墻的彎曲剛度適中，單片剪力墻底部承擔的水平力產(chǎn)生的剪力不宜超過結構底部總剪力的40%。因此，剪力墻的布置應注意均勻原則才能使剪力墻均勻受力，提高抗震效果。

2.1.3 剪力墻的高寬應大于2

當墻的長度過長時，可以通過開設洞口將長墻分成長度較小，且均勻的聯(lián)墻肢或整體墻，從而滿足高寬比大于2的要求。

2.2 剪力墻合理布置的其他注意事項

布置剪力墻時，剪力墻之間的間距應適宜，要達到建筑物所需要的剛度，這與剪力墻布置數(shù)量的初估有關；當建筑物平面出現(xiàn)凹凸時，在建筑物的凸出部分布置剪力墻是比較合理的；剪力墻布置應盡量落地，如因建筑需要不能落地，需在轉換層采取加強措施。剪力墻不宜突然取消或中斷，應沿豎向貫通建筑物的高度，可盡量降低工程造價；當建筑物需要開洞時，宜在洞邊設置剪力墻，并且宜上下對齊，成列布置，并且盡量結合在靠近的抗側力結構上；在平面有一部分較長的建筑中，橫向剪力墻延長方向的間距需滿足《高規(guī)》中的要求?？v向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端；縱向剪力墻宜布置在結構單元的中間區(qū)段內(nèi)。房屋縱向長度較長時，不宜集中在兩端布置縱向剪力墻，否則在平面中適當部位應設置施工后澆帶以減少混凝土硬化過程中的收縮應力影響，同時應加強屋面保溫以減少溫度變化產(chǎn)生的影響。

3 合理校核剪力墻的防震效果

剪力墻布置數(shù)量少時，其剛度會相應降低，但剪力墻數(shù)量增多時，其建筑物自重增加也會影響到自振周期改變地震效果。結構的自振周期能夠綜合反映結構剛度特征，因此計算自振周期，將其控制在合理的范圍內(nèi)：

T=（0.09～0.12）n（計算周期，φ=1.0），式中n為結構樓層數(shù)；

Tl=0.06～0.08>n，考慮非承重墻的周期折減系數(shù)φ=0.7～0.8時的實際值。

4 結語

框架剪力墻結構中剪力墻主要承載風荷載或地震作用引起的水平荷載，能有效的保護墻體。剪力墻承擔了水平荷載作用下約80%以上的剪力，剪力墻能夠使建筑在水平荷載作用下產(chǎn)生的樓層剪力沿高度較為均勻地分布，使結構中各層梁柱的彎矩比較接近，具有較高的穩(wěn)定性?？蚣艚Y構中剪力墻的結構布置需按照對稱、分散、均勻、沿周邊分布的原則。綜合以上使剪力墻達到合理的剛度，并均勻受力，增加建筑的安全系數(shù)。剪力墻與框架結構合理結合通過合理使整個結構本自振周期能夠控制在合理的范圍之內(nèi)，使結構的抗側剛度和承載力都有明顯提高，所以這種結構體系兼有框架和和剪力墻結構的優(yōu)點，剛柔共濟，是一種適用性很廣的結構形式。

參考文獻

[1] 陳其春.框架剪力墻結構設計中兩個技術性問題的探討[J].福建建筑，2013（01）：11-15.

[2] 余賓寧，李志亮.框架梁與剪力墻直交節(jié)點彈性有限元分析[J].中國新技術新產(chǎn)品，2010（12）.

作者簡介：張霞（1986-），女，漢族，浙江金華，大學本科，助理工程師。研究方向：結構力學。