框架—剪力墙结构办公楼设计问题分析

何鹏程

摘 要：现代的高层办公楼的建设要求正不断提高，凸显出集约化、环保化的发展政策。在高层办公楼的框架-剪力墙结构设计中，对设计手法进行改善，对设计理念进行创新，从而更好的实现办公楼框架-剪力墙结构的设计。该文对办公楼框架-剪力墙结构设计中的几个主要问题进行探讨，希望对设计者有一定的参考。

关键词：框架-剪力墙结构 办公楼设计 剪力墙数量

中图分类号：TU24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0109-02

框架-剪力墙结构是由钢筋混凝土框架与剪力墙两个部分组成的结构体系。一般框架的梁柱为刚接，框架与剪力墙可为刚接、铰接均可，这种结构具有灵活组合，扩大空间的使用的优势，能够满足建筑空间与使用的需求，并且整体结构性能好，抗风、抗震性能好，在高层建筑中得到广泛的应用。

1 框架-剪力墙结构的受力特点

在框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙分别承受了竖向与水平的荷载，两个组成部分合理受力，能够对水平外荷载起到效的抵抗作用，是比较理想的高层建筑体系。

框架结构和剪力墙结构由于属于不同的抗侧力结构，因此具有不同的受力特点。在水平力的作用下，框架是剪切型变形，随着楼层的增高水平位移的增长会减慢，而剪力墙是弯曲型变形，并且随着楼层的增高水平位移增长会加快，因此在实际应用的过程中框架和剪力墙的布置显得特别重要。

框架-剪力墙结构是通过楼板连接在一起的，楼板的平面内刚度无限大，它们在水平力作用下的水平位移一致，会出现共同的变形曲线。在框架-剪力墙结构中的框架受的剪力，下部为零，中部或上部较大，顶部不为零。在低楼层中，剪力墙位移小，带动框架按弯曲变形，这时剪力墙主要承受了水平力，而在高楼层中，剪力墙位移大，框架带动剪力墙变形，框架需要承受外部的水平力，还承担把剪力墙拉回来的水平力，剪力墙给框架一个附加水平力而受到负剪力。框架与剪力墙之间的这种协同工作是非常有利的，使框架-剪力墙结构的侧移大大减小，且使框架和剪力墙中内力分布更趋合理。

2 框架-剪力墙数量问题

对于框架-剪力墙的数量问题一直是困扰和讨论的重点。在日本的相关研究中证实，框架-剪力墙的数量越多，那么抗震性能就越好，受到地震的危害就越小。因此在进行高层办公楼框架-剪力墙设计的数量确定上，通常是尽量多的设计框架-剪力墙数量，这样，能够使得整体结构的抗侧刚度增大，更好的抵抗水平作用力。然而，对于框架-剪力墙的数量设置也不能超过必要的限度，大量使用框架-剪力墙会造成材料的使用量大，墙体不能充分利用，从经济适用上是比较浪费的。而且虽然更多的框架-剪力墙结构的抗侧刚度大，但是刚度过大会造成自振周期减小，自重增大，对于抗震不利，基础设计是比较困难的。

在进行框架-剪力墙数量的确定之前，需要对结构的柱网尺寸进行确定，而后依据竖向荷载和粗略估计的水平地震作用力，确定框架梁柱的截面尺寸，最后计算出剪力墙的数量。

依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第8.1.3的规定，剪力墙承受的地震倾覆力矩不应少于结构总地震倾覆力矩的50%的情况下，才能按照框架-剪力墙结构设计。也就是说，框架-剪力墙结构是在这一前提下才能够进行构建的，并且能够发挥出其自身的特性。在剪力墙承受的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的50%的情况下，力墙的数量偏少，应适当增加剪力墙的数量。

当前，我国相关规定对剪力墙的合理数量并没有明确的给出规定，在数量的确定时，通常是依照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中3.7.3规定的结构的层间位移角不超过限值来确定剪力墙的数量的。

有研究对已经建成的框架-剪力墙结构进行统计，得出房屋底层剪力墙截面面积、柱截面面积和底层楼面面积之间的关系如表1所示。这些关系能够计算出剪力墙的面积与厚度，从而能够对剪力墙的长度进行推算。

3 框架-剪力墙结构办公楼的设计方法问题

3.1 了解结构特点

在进行框架-剪力墙结构办公楼的设计前，需要对相关的结构特点进行充分的认识和了解。首先，对于框架、剪力墙结构的受力特点等基础知识非常熟悉，并且对相关的建筑规范能够了解和灵活的应用。例如，框架-剪力墙结构它作为建筑中的平面构件，承受水平作用力，同时还会承担竖向符合，在剪力、弯矩的复杂状态下进行工作，在承受水平的作用力时类似在底部钳入了悬臂深梁，平面外的承受力是非常小的。

由此，可见，在进行框架-剪力墙结构的设计时，必须要满足规定的强度条件，并且通过概念的设计，对基本的构造措施进行设计，来控制结构中较为薄弱环节的变形能力。而如果对一般的框架-剪力墙结构是非常了解的，能够通过剪力墙的整体系数来对剪力墙所属的类别进行区分，那么就能够根据剪力墙的不同类别的受力性能来对相关的构造措施进行设计。

在剪力墙结构的设计中中，外纵墙是壁式框架，山墙是小开口墙或整体墙，而内横墙和内纵墙是联肢墙或小开口墙，针对性不同的结构的受力特性和破坏形态来对不同剪力墙结构进行设计，同时采取不同的、有针对性的构造措施。

3.2 考虑结构布置

在对框架-剪力墙结构的结构布置上影响各个方向都均匀设置，这样能够是的不同的断面受力也是均匀的，并且结构的刚度中心与质量中心尽量接近，这样能够减少地震作用力上建筑物发生扭转。在如果办公楼空间形状长度较长时，需要在长度的两端来设置纵向的剪力墙，并且电梯、楼梯井部位的抗侧力核心区墙体及楼面梁板刚度应当保证。在办公楼的房间四角需要采用“L”形墙，内墙用用“T”“+”型墙，尽量避免出现“一”字墙。在平面结构和竖向结构中的布置应当满足相关的规范，竖向断面的尺寸的改小、混凝土强度的降低不能同时进行，在进行布置的时候要将两者错开，防止1～2层楼的应力突变过大。

在结构布置的总体设计总需要对多道的抗震防线进行考虑，遵循“小震不坏、设防震烈度可修、大震不倒”的原则，然后针对局部的强度变形进行计算与验算，通过结构布置的相关措施来提高框架-剪力墙结构的变形能力。

3.3 提高结构延性

结构的延性指的是在承受力没有显著下降的情况下，结构所承受的变形能力。结构的延性能够很好的反应出变形能力和抗震性能，结构的延性好，那么结构的变形能力和抗震性能就越好。所以在进行办公楼框架-剪力墙结构的设计时于需要对重点和关键部位的构建进行延性的提高措施。比如在实际设计中，平面位置上要注意办公楼附近转角和复杂平面相交处的构件的延性，竖向位置上注意可能会出现塑形变形的薄弱楼层的杆件延性，重点应强化底层杆件延性。对于框支剪力墙结构，着重强调的是底层框架结构部位的延性，使得刚度突变部位的杆件延性增强。

4 结语

该文对框架-剪力墙结构的受力特点进行了分析，着重对剪力墙数量问题以及相关的设计问题进行了探讨。在对框架-剪力墙结构进行设计时，需要对剪力墙的数量进行合理的确定，通过正确的设计方法有利于使断面受力均匀，加强结构延伸性。

参考文献

[1] 李峰，周成功，郑振鹏.装配整体式框架-剪力墙结构在住宅设计中的应用[J].中外建筑，2013（3）：95-97.

[2] 吴金虎，卢家森，许正东，等.预制混凝土外挂墙板上承式节点设计方法[J].建筑结构，2014（13）：47-51.

[3] 王玉.结合工程案例谈框架剪力墙结构工程施工工艺探讨[J].江西建材，2014（3）：47.