结合实例分析框架剪力墙结构的抗震设计

摘 要：框架-剪力墙结构由抗震墙与延性框架两个系统组成，因其适用性以及良好的抗震性能，并且具有较高的性价比，得到了的广泛应用。本文通过对框架剪力墙结构抗震设计的实例分析和比较，并且针对框架剪力墙结构抗震的性能和施工特点进行相关的探讨，并通过对该结构的整体性能分析，以满足不同建筑功能要求。框架-剪力墙结构拥有性价比高、耐久性较好、安全性与经济性好等特点。

关键词：框架剪力墙结构；抗震分析；设计探讨

引 言

随着科技的发展和城市化进程的逐渐加快，人们对居住环境的要求日益提高，尤其是近年来地震灾害的频发，让我们看到了很多建筑中不规则的结构的破坏所带来的人身和财产安全的巨大损害。因此为了保障更多的建筑物建设中的结构安全和建设成功后的正常使用，我们必须对建筑物的结构抗震性能进行加强。在当今建筑设计中主要采用框架和剪力墙结构，由于这两种结构都属于抗侧力结构，抗震性能各有千秋，其区别在于剪力墙结构的抗侧刚度相对较强，框架结构的空间的利用率相对较大。因此如何将剪力墙与框架结构的形变特征和谐起来，使得建筑在地震中体现出框架和剪力墙的结构优势，以抵抗地震产生的破坏，是目前建筑行业力求实现的目标。

1 工程概况

广州市某区的某工程，其中主楼22层，带6层裙房，檐口高度97.5m，室内外高差0.4m，标准层层高4.6m，属于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ31010）（以下简称“高规”）规定的A级高度的高层建筑。由于建筑使用功能的要求，以及主楼存在结构楼板局部不连续、竖向立面尺寸突变的特点，并且为了满足建筑平面叠合面积小于较小边25%的设计要求，克服平面不规则性以及竖向不规则性问题，以及为了充分保证抗震性能，经探讨采用框架-剪力墙结构体系。

2 结构受力分析

在该建筑工程中，由于结构楼板不连续，且存在扭转不规则问题，因此会导致楼板在承受和传递竖向力的同时，把水平力传递和分配给竖向抗侧力构件的情况。此外由于结构楼板是强度构件，楼板的抗震设计中，除了竖向力引起的平面外弯矩、扭矩和横向剪力以外，还存在着协调变形，以及传递和分配水平力时产生的平面内剪力和轴力，这对建筑结构的抗震性能构成了一定的威胁，在抗震设计中应充分考虑相关因素，避免出现漏力现象，对抗震结构造成不可修复的损伤。同时由干剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远，抗震性能较差，改善框剪结构的抗震性能就显得尤为必要。

3 建筑物抗震性能要求

上文提到该建筑工程的结构中存在楼板不连续的问题，同时楼板的扭转也是潜在的问题，为了满足该工程的结构安全性能的要求，应该按照以下的规范进行抗震性能设计：①根据《建筑物抗震设计规范》的要求，建筑物首先能够达到的抗震标准是“小震不坏，大震不倒”。根据构件的类型不同和建筑的受力性质的不同以及每个部分的重要性不同，又有具体的抗震要求。②使用震型分解反应谱的方法来进行弹性设计分析，按照50年的基准期进行设计。建筑构件的配筋和断面尺寸需要按照高层建筑物规范和抗震规范等规定的荷载组合进行计算。

在我国现有的规范的约束下，参照美国规范和其他的性能水准，对于建筑物的抗震性能做出了详细的目标分类，详细情况见下表，这个表格与“高规”推荐的C级性能目标基本符合。

对于建筑物的抗震设防标准来说，具体参见表2。这里建筑物的地面粗糙度为B类，基本风压按照以下标准：对于50年一遇来说，风压为0.50kN/m2；如果是100年一遇的情况，则基本风压为0.60kN/m2。

4 框剪-剪力墙结构抗震设计准则

框剪-剪力墙结构对竖向布置繁杂或平面、水平荷载较大的高层建筑十分适用，但针对本工程的特殊性，常规的承载力设计法已经不能完全满足本工程的结构安全性要求，因此按下列理念作为结构抗震设计的准则。

4.1 框架结构分析

由于建筑的框架结构仅仅满足结构总体布置的一般原则，只能承受自身平面内的水平力，为了克服该工程楼板平面不规则性以及竖向不规则性问题，在结构设计中还应该考虑下面的一些要求：针对抗震设防的框架结构的设计，需要对横向和纵向框架结构采取刚接框架的设计方案，并且设计成双向梁柱抗侧力体系；其次框架梁、柱中心线宜重合；框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体，应避免其布置格局形成上下层刚度变化过大的情况，同时避免形成短柱和减少因抗侧移刚度偏心所造成的扭转；此外在进行框架结构抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合承重形式，否则对建筑物的抗震不利。

4.2 剪力墙结构分析

剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。剪力墙结构能有效地承担各类荷载引起的内力，以及控制结构的水平力，同时承受竖向力能力也较大，横向刚度大，但剪力墙结构的延展性比较差，为了增加水平面的抗剪能力，必须增加剪力墙的设计厚度，不利于空间利用率的提升，通常情况下剪力墙结构只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身宿舍。而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中，一般在30m高度范围内适用。同时针对本工程属于高层建筑的情况，其上层设计中，若采用剪力墙结构，并且达到抗震设计要求，其空间可用率和设计成本均与实际设计标准都出现较大矛盾，不合理现象严重。

4.3 框架和剪力墙的协调设计准则

通过系统的分析与探讨，发现框架和剪力墙结构存在着各自的优点和弊端，框架结构建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间，但它的缺点是抵抗水平荷载的能力较差，而剪力墙结构则相反。为了满足抗震强度设计要求，提高空间利用率，一般在进行像该工程项目的建设中，采用框架剪力墙的负荷结构。在框架-剪力墙结构中，框架和剪力墙是协调工作的，剪力墙主要承受水平荷载，框架主要承受垂直荷载，两种结构协调应用，以满足本工程的高层设计要求。

5 框架-剪力墙结构抗震设计

5.1 基于框架-剪力墙结构的抗震设计

结合该工程的设计要求，以及充分考虑相关设计因素的限制，在对框架-剪力墙结构的抗震设计过程中，需要充分考虑下列要求：设计上应保证连梁弯曲破坏先于剪切破坏，在连梁内充分配箍可配置交叉斜筋，保证梁内塑性铰的出现。在结构布置上，上部住宅要采用大开间剪力墙，这样能有效的减小上、下结构刚度比，下部大底盘大空间的框支柱及所有抗震墙混凝土强度等级要采用C50（5层以上塔楼混凝土强度等级改为C40到C30），以达到剪力墙数量优化。同时将所有框支柱的箍筋沿15层通长加密，将转换层柱子伸至主体6层柱内，部分主筋伸至更高一层，以减少竖向刚度的差异。这样能加强框架的角柱抗震性能，从而达到框架结构整体抗震性能。

5.2 基于框架-剪力墙结构位移的抗震设计

这种设计的特点是，根据结构本身的特点将其性能分为三个层次：防倒塌，保护人和正常使用，而各层之间的位移和角度的限制就是对这三个层次的一个量化。我们研究所使用的模式是等截面弯剪悬臂杆的侧移，然而其荷载的分布显然是呈倒三角形分布的，这既是所谓的侧移模式。对于将侧移曲线上的弯曲点所对应的楼层处的楼层之间的位移角就应该是达到所对应的限制时的目标侧移曲线。我们可以根据这个模型的原理，通过调整曲线上的点位移角的结构，对应到现实的楼层当中，就可以使建筑物按照人们的想法进行抗震的要求设计。

6 结 论

框架-剪力墙结构具有诸多优点，在国内应用很普遍，所以很有必要对框剪结构抗震性能的设计进行分析。本工程通过对框架-剪力墙结构进行分析，确定了性能化抗震设计目标，希望对相关建筑工程项目具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]牛金龙，某框架-剪力墙结构的抗震设计.结构工程师.2013.10.

[2]黄长城，方林，金国芳.某不规则钢框架结构房屋抗震性能分析研究.结构工程师.2013.10.