淺議框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震若干問題

彭勇

摘要：隨著高層建筑規(guī)模的迅速擴(kuò)大，框架剪力墻憑借著其性價(jià)比、抗震性能等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用也開始十分普遍。其結(jié)構(gòu)有助于提升建筑的抗震性，避免建筑出現(xiàn)受力不均勻的問題，從而保障高層建筑的耐久性以及安全性。但是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，決定了其抗震性的級別有多高。因此本文將主要探討框架剪力墻結(jié)構(gòu)的分類及特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)流程對抗震性能的影響效果，以此來強(qiáng)調(diào)框架剪力墻設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性及合理性的重要性。

關(guān)鍵詞：高層建筑;框架剪力墻結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)原則;抗震性能

引言：

經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)查研究表明，在地震力強(qiáng)作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)如果能承載一半地震傾覆力矩，基本就可以稱其結(jié)構(gòu)為框架——剪力墻。地震傾覆力矩主要計(jì)算方式為電算，通過矩陣位移法方法求解，有助于提升計(jì)算結(jié)果的精確度。

1. 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)概述

1.1 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)概念

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)主要由框架結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土澆筑）與剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中剪力墻是保障框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的重要部件?，F(xiàn)今剪力墻結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于城市中高層建筑以及一些高抗震設(shè)防烈度的地區(qū)中。

1.2 剪力墻分類以及受力特點(diǎn)

根據(jù)剪力墻布置位置、有無洞口、形狀以及洞口大小等標(biāo)準(zhǔn)可分為四類，即整體小開口墻、整截面墻、壁式框架以及聯(lián)肢墻。梁、肢等參數(shù)決定了剪力墻的整體系數(shù)，前者參數(shù)越弱，剪力墻整體系數(shù)越小。因此需要對剪力墻的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，才能有效保證梁與墻肢的連接有較大的彎矩。因此在分類時(shí)需要將其截面的慣性矩等參數(shù)設(shè)計(jì)合理，以此來確保剪力墻的堅(jiān)固性。壁式框架的剪力墻整體系數(shù)大于10，而小于10的則為聯(lián)肢墻。因?yàn)轭愋筒煌?，其受力特點(diǎn)也存在一定的差異性。

如果想使受力性差距減小，則需要整體開口墻和截面墻均有著偏向理想的性能，從變形曲線上可以看出它們的彎度是較為相似的。但是也會有細(xì)微的差別，比如整體截面墻是無洞的，同時(shí)也沒有設(shè)計(jì)反彎點(diǎn)，從而使得彎矩穩(wěn)定性會更強(qiáng)。如果整體開口墻和整體截面墻的約束力較強(qiáng)，則代表肢墻梁較強(qiáng)。例如剪力墻是L型對稱形狀，墻厚為220mm，長度為1800mm，翼緣寬度為420mm，共16層，而連梁凈垮為1.3面。只有梁高達(dá)到1200mm時(shí)，剪力墻整體系數(shù)才能提升到10。從這個(gè)例子我們可以發(fā)現(xiàn)，肢墻梁更強(qiáng)的可能與整截面墻和整體小開口墻的參數(shù)有密切關(guān)系。

1.3 剪力墻的抗震性能概述

對于高層建筑而言，如果只選擇鋼筋混凝土澆筑的框架結(jié)構(gòu)，則不具備較強(qiáng)的抗側(cè)向剛度，對水平荷載的抗性也不高，因此無法達(dá)到較好的抗震性能。而剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，則可以有著較好的抗側(cè)力剛度和豎向剛度，但是其布置位置有一定的限制，而且不能單純滿足建筑結(jié)構(gòu)對空間的要求。所以如果聯(lián)合采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際需求來選取合適的框架結(jié)構(gòu)上的平面位置來布置剪力墻，框架結(jié)構(gòu)能提升豎向承載力，而剪力墻結(jié)構(gòu)能夠承載水平荷載力。聯(lián)合運(yùn)用能夠極大可能增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度，從而保障其具有良好的抗震性和安全性。

2. 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)關(guān)于優(yōu)化抗震性能的設(shè)計(jì)思路

2.1 對框架抗震性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)承載縱向荷載力，因此角柱的涉及到抗震性能起到重要的影響。在設(shè)計(jì)之初，要對工程實(shí)際情況進(jìn)行全面了解，加強(qiáng)實(shí)際工程對角柱抗剪性的要求，從而來提高整體框架的抗震性能。角柱的布置可以采取X形或者K形兩種支撐形式。與此同時(shí)加固處理鋼筋混凝土與剪墻板對抗力，以此來避免框架剪力滯后的問題，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具備高穩(wěn)定性。但是為了不破壞框架結(jié)構(gòu)的整體延性，需要在墻板上加入一個(gè)十字形的豎縫，降低其延性耗能，提升抗震性能。

2.2 對剪力墻抗震性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，需要注意兩個(gè)方面，即1）根據(jù)混凝土的強(qiáng)度級數(shù)來調(diào)整剪力墻，以確保有較好的抗震性能;2）對剪力墻的截面尺寸以及布置位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來保障剪力墻結(jié)構(gòu)又較為均勻的整體剛度，從而提高水平荷載力，避免因?yàn)榈卣饹_擊使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。同時(shí)經(jīng)過研究調(diào)查，剪力墻的高寬比與剪切變形的可能性成反比，也就是高寬比數(shù)值越大，剪力墻發(fā)生剪切變形的可能性就越低。因此在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)剪力墻的彎曲剛度。此外，剪力墻的四周可以加固邊框墻體，采用梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，從而避免斜向裂縫延伸到相鄰邊框位置，提高抗剪性能。

2.3對整體結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先要確?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)的整體承載力和剛度之間的關(guān)系，根據(jù)工程實(shí)際情況來嚴(yán)格控制剪力墻的數(shù)量;其次應(yīng)當(dāng)合理計(jì)算抗震墻的數(shù)量以及厚度。同時(shí)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)還要考慮工程所在的地質(zhì)狀況、工程造價(jià)以及地方抗震設(shè)防等級對抗震性能的要求，從而兼顧結(jié)構(gòu)的合理性和抗震性能。

2.4 應(yīng)用SATWE等相關(guān)軟件，提高計(jì)算精確度

SATWE是一種運(yùn)用于過高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的分析程序，可以幫助工程師解決剪力墻和樓板模型的簡化，還能縮小簡化后模型的誤差，從而提高分析的精確度，最終得出高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力情況。同時(shí)它具有較快的計(jì)算速度和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，對抗震性能的優(yōu)良設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。因此在設(shè)計(jì)框架剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，可以利用SATWE軟件來計(jì)算截面配筋，從而使其計(jì)算結(jié)果更符合工程實(shí)際情況。包括一些地下室空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，也可以運(yùn)用SATWE軟件來精確分析。

結(jié)束語：

框架剪力墻結(jié)構(gòu)又被簡稱為框剪結(jié)構(gòu)，通過框架和剪力墻構(gòu)成的雙向抗側(cè)力體系，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于布置靈活、抗震性好、承載力強(qiáng)、避免側(cè)向位移等、其中剪力墻數(shù)量以及布置位置對結(jié)構(gòu)質(zhì)心及剛心的位置有較大影響，因此在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，需要盡可能使其質(zhì)心與剛心相重合，以此來避免結(jié)構(gòu)因地震沖擊而產(chǎn)生脆性的破壞。

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出生年月—：1992.10 性別：男 民族：漢 籍貫：湖北省天門市 職務(wù)/職稱：項(xiàng)目設(shè)計(jì)師/助理工程師 學(xué)歷：大學(xué)本科 研究方向：裝配式建筑設(shè)計(jì)/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)