論框架剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計中的應(yīng)用

黃浩林

珠海泰基建筑設(shè)計工程有限公司 廣東 珠海 519000

1 框架剪力結(jié)構(gòu)的受力原理

在框架剪力結(jié)構(gòu)中，樓板作為黏合劑對框架結(jié)構(gòu)與剪力墻起到連接作用。根據(jù)變形特點，框架與剪力墻是共同起作用的，在底部剪力墻對框架起著支撐作用，而在頂部框架對剪力墻起著支撐作用?；ハ嘧饔孟?，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)優(yōu)勢最大化，對水平方向的受力起到協(xié)調(diào)作用，從而減小結(jié)構(gòu)性形變。從框架與剪力墻結(jié)構(gòu)變形的原理當(dāng)中，可以看出框架與剪力墻變形特點恰好相反，因此二者能夠起到相互協(xié)調(diào)的作用。這一特點，既有利于增強結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，又能夠提高抗震能力，因而，其在高層住宅中適用性強[1]。

2 框架剪力結(jié)構(gòu)的計算方法

2.1 靜力計算法

考慮剪力墻間或剪力墻與框架之間的連梁作用，分析該連梁對剪力墻的轉(zhuǎn)動控制效果，可以將框架剪力結(jié)構(gòu)分為鉸接體系與剛結(jié)體系。

2.1.1 框架—剪力墻鉸接體系：指剪力墻之間、剪力墻與框架之間不存在連梁，即兩個結(jié)構(gòu)單元之間只通過樓板進行連接時，總連梁就替代了樓板。此時，剪力墻之間的連梁的轉(zhuǎn)動約束作用已經(jīng)考慮在內(nèi)，計算入雙肢墻的剛度，且樓板在平面外的轉(zhuǎn)動約束作用很小，小至能夠忽略不計，則應(yīng)該采用鉸接體系進行下一步的分析。

2.1.2 框架—剪力墻剛接體系：在上述鉸接體系中，沒有連梁，是由樓板起了連接作用，連梁簡化為了鉸接鏈接，而框架—剪力墻剛接體系指的是剪力墻與框架之間是有連梁在其中起著連接作用，這時，連梁兩端便可以按照剛接進行下一步考慮分析，而不是按照鉸接體系。

2.2 動力分析法

根據(jù)上述分析可知，框架—剪力結(jié)構(gòu)一般在能夠簡化成兩種計算體系：剛接體系和鉸接體系時，采用靜力分析法進行計算，然而如果不同于上述，且需要計算結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的動力反應(yīng)時，靜力分析法已經(jīng)不能滿足計算的要求，這時就需要采用動力分析法，建立如下多自由度動力體系方程：

式中{M}為質(zhì)量矩陣，可直接將框架剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量集中在各樓層上得到；[C]為阻尼陣。

建立了結(jié)構(gòu)體系的動力方程，然后再輸入地震波，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同的恢復(fù)力模型，動力分析方法又可以分為線性和非線性反應(yīng)分析法兩種。一般而言，框架剪力結(jié)構(gòu)中的框架部分在進行非線性分析時，已經(jīng)有很多現(xiàn)成的非線性實驗及理論研究運用于框架部分；但是剪力墻部分的非線性實驗及理論研究相比之下并沒有那么豐富，少之又少。雖然如此，但是它在近幾年的研究中也有了一定的進步，隨著研究的發(fā)展，結(jié)構(gòu)靜力彈塑性理論和方法也逐漸興起，種種情況都預(yù)兆了框架剪力結(jié)構(gòu)理論的日漸成熟，并更加貼合實際，更加具有現(xiàn)實意義[2]。

3 框架剪力結(jié)構(gòu)的計算模型

3.1 空間三維分析

這種方式是先通過把框架—剪力墻結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)單元中的剪力墻單元近似簡化為薄壁桿件或者帶剛域的桿件、平板條元，接著再以結(jié)構(gòu)體系的空間變形的三維協(xié)調(diào)條件為著眼點來進行分析。該方法不僅可以在考慮杠桿的彎曲變形、剪切變形和軸向變形的同時，能夠兼顧到樓板的存在對計算結(jié)果造成的或有或無的影響，還可以通過剛性樓板假定來進行簡化處理。但是，其中需要引起注意的是，水平荷載的偏心作用對建筑物產(chǎn)生的作用，已經(jīng)考慮在內(nèi)，包含在計算中，不需要再另做計算，往往忽視這一點容易引起計算上的錯誤。

3.2 平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作分析

平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作的分析存在一個前提條件：假定各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)依然按照平面結(jié)構(gòu)作用，且其互相之間的連接通過剛性樓板來實現(xiàn)。不論水平載荷作用是何種方向，其中的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)都進行工作，對于樓板的受力既要考慮平移情況，也要考慮扭轉(zhuǎn)情況。平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作分析法的計算精度與空間三維分析法相比要差一點，其他方面幾乎沒有差別。

3.3 結(jié)構(gòu)體系沿主軸方向平移分析

結(jié)構(gòu)體系沿主軸方向平移的分析法是在由于水平荷載的偏心作用導(dǎo)致建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)發(fā)生時，采用近似的分層分析來考慮導(dǎo)致的附加效應(yīng)。這個方法可以通過人為利用現(xiàn)成公式或圖表曲線進行計算解決問題，相比于前兩種需要通過計算機計算才能解決問題，這個方法通過人工計算即可解決，相比之下計算工作量要小很多。

4 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

在進行建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不應(yīng)該盲目設(shè)計，而應(yīng)該按照一定的規(guī)范要求和建筑施工的實際現(xiàn)況視情況而定，一般而言應(yīng)該遵循以下4個基本原則：第一，設(shè)計計算過程中，應(yīng)該從整體考慮剪力墻來自不同方向上的力的區(qū)別，考慮來自各個方向上的力所造成的剪力墻受力情況；第二，框架剪力墻結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)剛度與實際承載力都具有較高水平，因此，平面外墻在與剪力墻的連接中容易出現(xiàn)墻肢外彎的現(xiàn)象，故在框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)盡量避免相互連接，若設(shè)計時無法避免該情況，就應(yīng)該采取保護措施，防止損失；第三，框架剪力墻結(jié)構(gòu)屬于平面結(jié)構(gòu)，因而在設(shè)計中必須對墻體垂直方向的受力有著充分的考慮；第四，框架剪力墻雖然外形趨近于板狀，高度與寬度較為突出，而厚度較小，但其受力形態(tài)與板狀并不類似，而是趨向于柱子結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)，因此墻體長度與厚度的比重尤為重要，應(yīng)該根據(jù)比值的不同，合理地選擇不同要求進行設(shè)計，以更好地滿足彈性、非彈性等要求。

5 結(jié)束語

框架剪力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢突出，在當(dāng)今的建筑中是十分常用的一種結(jié)構(gòu)。因此，這也就要求相關(guān)人員在進行設(shè)計時，不僅不能忽視框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和不可替代的地位，而且要在重要性認(rèn)識的前提下，加強其在建筑中的使用并合理地進行設(shè)計。不僅如此，還應(yīng)該在實際應(yīng)用時，結(jié)合建筑工地的實際情況和具體需求，最大限度地對框架—剪力墻結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，強化建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平，達(dá)到提高建筑質(zhì)量的目的。