浅谈框架—剪力墙结构设计应注意的问题

范善锋

【摘 要】本文结合多年工作经验，对框架-剪力墙结构设计应注意的问题作一些分析。

【关键词】框架-剪力墙结构 结构 设计 问题

框架-剪力墙结构同时具有框架和剪力墙，在结构布置合理的情况下，可以同时发挥两者的优点和互相弥补另一者的缺点。因此，在高层建筑结构设计中，钢筋混凝土框架剪力墙结构被广泛的应用。本文结合多年工作经验，对框架-剪力墙结构设计应注意的问题作一些分析。

一、框架-剪力墙结构的特点

1、框架-剪力墙结构概述

框架-剪力墙结构是指由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。高层建筑中的纯框架结构或纯剪力墙结构，其受力和变形特性不同。框架结构具有较好的延性，有利于抗震，但侧向刚度不大，在侧向荷载作用下，一般呈剪切型变形，刚度或强度方面均不适合建造高度较大的高层建筑。剪力墙结构的刚度大，抗弯能力高，在侧向力作用下，一般呈弯曲型变形，但墙的抗剪强度弱于抗弯强度，易出现由于剪切造成的脆性破坏。框架-剪力墙结构是由两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，它综合了二者的有点，取长补短，在高层建筑的结构设计中能为建筑使用提供较大的平面空间。所以无论是震区还是非震区，框剪结构都得到广泛的应用。

2、框架-剪力墙结构的受力與变形特点

框架-剪力墙结构中的框架与纯框架结构受力不同；在纯框架结构中，框架所受的剪力是下面大，上面小，顶部为零，控制截面在下部楼层；框架-剪力墙结构中的框架所受到的剪力却是下部为零，下面小，上面大，控制截面变为中部甚至是顶部楼层。

二、框架-剪力墙结构设计应注意的问题

1、结构布置

（1）框架-剪力墙结构由框架和剪力墙两种结构组成，形式是多样而且是可变的，主要根据建筑平面布局和结构受力需要去灵活处理。在布置方面一般可采用下列几种形式：①框架和剪力墙（单片墙、联肢墙或较小井筒）分开布置，各成比较独立的抗侧力单元；②在框架的若干跨内嵌入剪力墙，框架相应跨的柱和梁成为该片墙的边框，称为带边框剪力墙；③在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙，混合组成抗侧力单元等。当然亦可以是以上几种形式的混合，也不排除根据实际情况采用其他形式。

（2）框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，使结构在两个主轴方向均具有必需的水平承载力和侧向刚度。在框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙协同工作共同抵抗水平荷载，其中剪力墙抵抗大部分水平荷载，是这种结构的主要抗侧力构件。如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，将造成两个主轴方向结构抗侧刚度悬殊，使结构整体扭转。

（3）框架-剪力墙结构中，主体结构构件之间的连接除了个别节点外不应采用铰接。目的是为了保证结构的整体刚度和几何不变性，同时为提高结构在大震作用下的稳定性而增加其赘余约束。梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合，以使内力传递和分布合理，且保证节点核心区的完整性。

2、剪力墙的布置原则

（1）框架-剪力墙结构中，由于剪力墙的侧向刚度比框架大很多，剪力墙的数量和布置对结构的整体刚度和刚度中心位置影响很大，所以确定剪力墙的数量并进行合理的布置是框剪结构设计中的关键问题。剪力墙的布置应符合"均匀、分散、对称、周边"的原则。均匀、分散是要求剪力墙的片数适当地多，且每片的刚度大小应适度，不要太大。

（2）对称、周边布置是高层建筑抵抗扭转的要求，因剪力墙的刚度大，它的位置对楼层平面的刚度分布起决定性的作用。对称是要求剪力墙对称布置，使结构各主轴方向的侧向刚度接近，以避免产生过大的扭转。另一方面，剪力墙沿建筑平面的周边布置可以最大限度地加大抗扭转的内力臂，提高整个结构的抗扭能力。当然，沿周边布置有困难时，往里面进来一两个间距也是可以的，只是希望剪力墙的距离尽可能拉开。

3、剪力墙设置的部位和要求

（1）一般情况下，剪力墙宜布置在竖向荷载较大处、平面形状变化处、楼梯电梯开洞处及周边附近抗扭处。为避免施工困难，不宜在防震缝两侧同时布置剪力墙。外墙，尤其是山墙处布置剪力墙时，要考虑施工支模的困难以及是否能满足建筑功能要求。

（2）布置在楼梯电梯开洞处，主要是楼、电梯等竖向通道相当于在楼板上开大洞，削弱严重，特别是在结构单元端部角区和凹角处设置楼、电梯间时，受力更为不利。楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置，不应独立设在柱网行列以外的中间部位，而至少有两侧应与柱网重合，以增强结构空间刚度和整体性，使之形成连续、完整的抗侧力体系。

4、剪力墙的合理数量

（1）剪力墙的合理数量与很多因素有关，情况比较复杂，目前仍是以经验为主来确定。在框架-剪力墙结构中，结构的侧向刚度主要由同方向各片剪力墙截面弯曲刚度的总和EcIw控制，结构的水平位移随EcIw增大而减小。

（2）抗震设计的框架-剪力墙结构，在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%时，说明剪力墙数量偏少，这种框架-剪力墙结构的受力性能与框架结构相当，宜适当增加剪力墙数量。如由于使用要求而不能增加时，其框架部分的抗震等级应按框架结构采用，柱轴压比限值宜按框架结构的采用；其最大适用高度和高宽比限值可比框架结构适当增加。

5、框架-剪力墙结构中梁、柱的布置与要求

（1）框架-剪力墙结构中的梁。框架-剪力墙结构中的梁有3种：第一种是普通框架梁，即两端均与框架柱相连的梁；第二种是剪力墙之间的连梁，即两端均与墙肢相连的梁；第三种是一端与墙肢相连，另一端与框架柱相连的梁。第一种梁按框架梁设计，第二种梁按双肢或多肢剪力墙的连梁设计。第三种梁一端与墙相连，墙肢刚度很大；另一端与框架柱相连，柱刚度较小。第三种梁在水平力作用下，会由于弯曲变形很大而出现很大的弯矩和剪力，首先开裂、屈服，进入弹塑性工作状态。因此，第三种梁应设计为强剪弱弯，保证在剪切破坏前已屈服而产生了塑性变形。在进行内力和位移计算时，由于第三种梁可能弯曲屈服进入弹塑性状态，第三种梁的刚度应乘以折减系数β予以降低。为防止裂缝开展过大，避免破坏，β值不宜小于0.5。如配筋困难，还可以在刚度足够、满足水平位移限值的条件下，降低连梁的高度而减小刚度，降低内力。

（2）剪力墙的边框梁、柱。设剪力墙之后，框架柱作为剪力墙的端部翼缘，剪力墙的端部钢筋配置在柱截面内。端柱增强了剪力墙的承载力和稳定性。试验结果表明，取消框架柱后，剪力墙的极限承载力将下降约30%。位于楼层上的框架梁作为剪力墙的横向加劲肋，提高了剪力墙的极限承载力。虽然在内力分析时不考虑剪力墙上的边框梁受力，但对比试验表明，边框梁取消后，剪力墙极限承载力下降约10%。如果建筑功能上确实无法设置明梁，也应设置暗梁，暗梁的高度、纵筋钢筋和箍筋与明梁相同，配置在墙身内。

三、结束语

框架-剪力墙结构中，由于剪力墙的侧向刚度比框架大很多，剪力墙数量的确定及合理的布置对结构的整体刚度和刚度中心位置很大影响。因此工程设计人员对剪力墙结构的受力、变形特性的掌握和理解就显得非常重要。

参考文献：

1、傅学怡，实用高层建筑结构设计[M]第2版北京： 中国建筑工业出版社，2010

2、郭任俊，高层建筑框架： 剪力墙结构设计[M]北京： 中国建筑工业出版社，2004

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