建筑结构设计中框架—剪力墙结构设计的使用研究

景悦　刘寸景

摘要：随着经济的不断发展，高层建筑像雨后春笋一样拔地而起，如何对框架-剪力墙结构进行合理选型以及优化布置就显得非常重要。设计人员只有熟练掌握规范，具有明确的结构概念，根据结构受力的特点和破坏机理，充分利用剪力墙结构的优点，合理选择结构布置形式，掌握正确计算分析方法，结合工程的实际背景进行设计，才能做出安全适用、技术先进、经济合理的建筑作品。本文主要探讨了在框架-剪力墙结构设计中所遇到的问题，并对这些问题在实际应用方面进行了分析研究。

关键词：框架-剪力墙；结构设计；使用研究

前言

框架-剪力墙结构由于其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中；同时采用现浇框架-剪力墙结构，可以将承重墙与分隔墙合二为一，相对来说比较经济；另外，室内较框架结构简洁，没有露梁、露柱现象，外形美观，便于室内布置，使用功能更好，且增大了使用面积，因此受到欢迎。框架-剪力墙由墙肢和连梁两种构件组成，其结构承载力及刚度都很大，侧移变形小，抵抗水平侧移能力强，经过合理设计可做成抗震性能很好的廷性框架-剪力墙。缺点是由于框架-剪力墙最大间距的限制，使建筑平面和使用空间受到一定的局限。结构的延性一般不如框架结构和框架框架-剪力墙结构体系，结构自重较大，总高度不大时，结构材料耗费可能较多。因此，在框架-剪力墙结构设计过程中充分掌握其优缺点，进行合理的设计，达到既能保证建构筑物的质量又能节省资金、材料是每个设计人员所需掌握的。框架-剪力墙结构中，墙是一平面构件，它除了承受水平作用力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下是一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下，框架-剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将框架-剪力墙设计成延性弯曲型。

一、框架-剪力墙结构的超长问题分析

一是框架-剪力墙结构刚度大，受温差影响大，混凝土的收缩产生的变形大，墙体对楼面、屋面产生的约束也大；当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。一些未超长的框架-剪力墙结构产生墙体或楼面裂缝，其主要原因就在此。

二是框架-剪力墙结构多用于住房和公寓，使用状况复杂，一旦私人购买的房子出现裂缝，虽然没有安全问题，但处理起来问题多、难度大、社会影响大。

三是混凝土结构受温度或收缩形变的影响与众多因素有关；而体型庞大的框架-剪力墙房屋往往形状复杂，混凝土收缩大，约束应力积聚也大，施工工艺及管理也难控制，环境影响使用变化难于判断，因此更难于解决混凝土收缩变形时，在受约束条件下引起拉应力而保证不出现裂缝。

四是目前混凝土中水泥用量普遍增大，加上由于混凝土强度的提高，使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生，使结构出现裂缝的因素增多。

综上所述，在处理超长结构时，特别是处理超长的框架-剪力墙结构时更要特别慎重：当发生由于建筑使用功能要求不允许超长建筑设永久缝时，建议采用对结构施加预应力的方法并结合采用设计构造措施、施工措施共同给予处理。

二、框架-剪力墙转角部位开设转角窗的问题分析

随着建筑平立面体型的多样化，在不少的居住建筑外墙转角客户要求设置转角窗，高层框架-剪力墙结构的角部是结构的关键部位，在角部框架-剪力墙上开设转角窗，这不仅消弱了结构的整体抗扭刚度和抗侧力刚度，而且使临近洞口的墙肢、连梁内力增大，扭转效应明显，对結构抗震不利。

一是B级高度及9级设防A级高度的高层建筑不应在角部框架-剪力墙上开设角窗或挑阳台。

二是8度及8度以下级设防A级高度的高层建筑在角部框架-剪力墙上开设角窗或挑阳台时，应采取以下措施：①洞口应上下对齐，洞口宽度不宣过大，连梁高度不宜过小，并加强其配筋及构造；②洞口两侧应避免采用短肢框架-剪力墙和单片框架-剪力墙，宜采用“T”、“L”、“[”型等截面的墙体，墙体厚度在底部加强部位不小于层高的1/12，其他部位不小于1/15，且不小于180mm，墙端暗柱纵向配筋适当加强；③宜提高洞口两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求；④转角处楼板应加厚，配筋宜适当加大，并配置双层双向配筋；也可于转角处板内设置连接洞口两侧墙体的暗梁；⑤结构电算时，转角梁的负弯矩调整系数、扭转折减系数均取1.0，抗震设计时，应考虑扭转藕联的影响。

三、框架-剪力墙连梁设计在实际应用中的问题分析

框架-剪力墙连梁的含义：框架-剪力墙连梁即两端都与框架-剪力墙相连且与框架-剪力墙的夹角不大于25度，跨高比小于5，刚度可以折减的梁。在墙肢和连梁的协同工作中，框架-剪力墙应该具有足够的刚度和强度。框架-剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。连梁一般具有跨度小，截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此在实际工程中要使连梁的设计满足强剪弱弯的要求，就必须考虑以下几个方面：

一是关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重新分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第4.1.7条中规定：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架—框架-剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55”。

二是加连梁跨度减少高度。在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

三是增加框架-剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片框架-剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

四是提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

五是地震区高层建筑的框架-剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。

结语

以上都是在进行框架-剪力墙结构设计工作中经常遇到的几个比较实际的问题，这些问题相对都比较复杂，只有把互相制约的因素统一协调，才能取得比较理想的结果。

参考文献：

[1]曾亚平.框架-剪力墙结构设计中常见问题探讨[J].企业技术开发.2011（5）.

[2]伊宏光李竞飞.高层框架-剪力墙结构设计中的几个常见问题处理方法[J].中国新技术新产品.2013（10）.