少墙框架—剪力墙结构抗震设计探讨

丁 锋

（新疆维吾尔自治区建筑设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830002）

高层以及多层建筑对建筑结构设计提出了更高的要求，而传统的框架、剪力墙以及二者结合的结构体系在设计实践中都存在一定的不足之处。例如框架结构虽然在布置上有较高的灵活性，然而其结构刚度以及抗侧能力均难以满足高层建筑的抗震要求，特别是当采用了不规则柱网的设计时，其产生位移的概率增加，进一步影响了建筑结构的稳定性。而采用框剪结构设计时，虽然其刚度和抗侧性能有所提高，具有更好的抗震性能，但是其受建筑空间的限制比较大，给建筑空间布局增加了困难，因此需要设计人员在充分了解各种结构形式特点的基础上，严格遵守抗震设计规范，结合建筑工程的实际需要，灵活的运用少墙框剪等结构体系，以提高建筑结构设计的合理性和科学性。

1 少墙框剪结构体系特点分析

一般来说，当受到水平荷载的影响时，普通框剪结构体系会通过连梁与楼板之间的相互连接使剪力墙以及框架形成一个能够协同作用的整体结构，其变形曲线变化是一致的，同时，在剪力墙以及框架相互之间也有作用力存在，且作用力的方向以及大小会按照从上到下的规律发生一定的变化[1]。而剪力墙以及框架这二者实际各自的受力大小与其侧向刚度比密切相关。通常框架结构的具体剪力分配以及侧向位移与其刚度值之间的关系特征值用来λ表示，因此，λ也就是剪力墙以及框架结构之间的刚度比函数关系。

在少墙框架结构中，通常λ值是一个接近6的较大数值。而侧向位移曲线主要呈现的是一种剪切位移曲线形式，其更接近于纯框架结构，而非典型的框架结构的弯剪位移曲线。这主要是由于在少墙框剪结构的设计中，所设置的剪力墙数量比较少，剪力主要是由框架结构来承担，同时该结构类型的特点是框架的最大剪力值位于其中下部，且顶部剪力值并不是0。

2 少墙框剪结构体系的基本抗震设计规范

2.1 准确判断少墙框剪结构形式

在建筑结构的抗震设计中，设计人员首先要准确判断该建筑所采用的结构体系是否属于少墙框剪结构。根据我国相关设计规范中的规定，当建筑结构体系中的底层框架部分在水平作用力的影响下，作用于框架结构上的地震倾覆力矩值和该结构地震倾覆总力矩值之比μ是判断建筑结构是否属于少墙框剪结构的主要依据[2]。如果μ值在50%～80%范围内时，说明该结构体系中的剪力墙数量比较少，应将其判定为强框架类型的框剪结构体系，而如果μ值超过了80%时，说明其属于剪力墙数量比较少的少墙框架结构体系。

2.2 合理确定框剪剪力

在建筑结构的抗震设计中，如果采用的是少墙框架结构体系，设计人员应根据相关的抗震设计规范来合理确定其部分剪力值。地震剪力值的确定应根据框以及框架结构模型来进行综合性的计算分析，并取计算结果中的最大数值作为设计参数。

通常在发生水平地震时，抗震的第一道防线主要是框剪结构中剪力墙，其会在大中型地震中在框架结构前遭到损坏。由于受塑性内力的重分布因素的影响，侧向刚度分配给框架部分的剪力会超过在小震情况下的剪力值。所以设计人员应根据抗震设计规范中应对框剪结构采取二道防线的相关规定，在确定框架剪力时适当调整0.2V0[3]。

3 少墙框剪结构体系的抗震设计方法

在对少墙框剪结构进行抗震设计时，设计人员应尽量采用规则简单的平面布置方式来均匀的布置剪力墙的结构平面，同时，在设计中采用双向布置方式，沿横纵主轴来进行结构设计，防止剪力墙平面在横纵方向上产生刚度差异。此外，设计人员还应充分结合建筑工程图纸，尽量在电梯间或者楼梯间的周边位置设置剪力墙。抗震设计的一个重点环节是要保证质心应与刚心保持一致，这样才能防止结构出现扭转变形。

3.1 分析强框架结构的抗震设计方法

在对框剪结构中的强框架类型进行抗震设计时，设计人员应严格遵守框剪结构的相关设计规范。首先在确定框架部分的轴压比限值以及抗震等级时，应采用框架结构的相关设计标准。如果建筑结构的设计高度大于框架结构适用高度的最大值时，设计人员应将框架结构适用高度的最大值作为确定框架抗震等级的参考依据[4]。而在确定剪力墙部分的抗震等级时，设计人员则应采用框剪结构的抗震设计规范和相关标准。

在强框架结构类型的框剪结构抗震设计中，其适用高度的最大值的可以在框架结构的基础上进行适当的增加调整，而增加的幅度则应通过差值方法根据地震倾覆力对框架部分的实际影响来计算。如果地震倾覆力总力矩中的一半以上都作用于框架部分时，设计人员应根据框剪结构的抗震设计要求来确定其适用高度的最大值；如果作用于框架部分的地震倾覆力小于其总力矩的50%，则可以直接根据插值来进行设计。此外，设计人员还应严格按照框架结构的抗震设计要求来确定该结构的防震缝的宽度值。

3.2 分析少墙框架结构抗震设计的方法

在对少墙框架结构进行抗震设计时，设计人员应根据框架结构的抗震设计标准来确定其适用高度的最大值。要注意的是，在设计中以纯框架模型为基础来计算其弹性层之间的位移角时，如果位移角大于了设计规范中的1/550这一极值，则应适当降低其适用高度的最大值。同时，设计人员也应根据框架结构的抗震要求来确定该结构的防震缝宽度值。此外，在对位移角进行验算的过程中，设计人员应以剪力墙协同框架工作所形成的框剪结构模型来进行计算分析，而为了提高该结构的抗震安全，在确定层间位移角时，应根据框架结构来确定其极值。

在少墙框架结构抗震设计中，设计人员可以根据工程实际情况参考包络设计等方法来确定其框架部分所分配的地震剪力，而在对该结构进行计算分析时则应根据框剪结构或者纯框剪结构来进行设计，以提高结构的抗震性能。设计人员应根据框架结构抗震设计规范中的相关规定来确定框架部分的轴压比极值以及抗震等级等参数，并应以纯框架模型来验算层间在大地震条件下的塑弹性位移角，还应根据框剪结构的抗震要求来确定剪力墙的抗震等级，从而确保该结构具备对大震的抗震能力。另外，在剪力墙的配筋设计中，设计人员应分别按照剪力墙在不超筋、抗弯超筋以及抗剪超筋的不同情况来分别进行计算分析，并合理地设定布筋方式及配筋率。

4 结语

随着我国建筑行业的发展，传统的建筑结构形式已经无法满足现代建筑的抗震要求，因此，需要对建筑结构设计理念以及结构形式进行创新。在建筑结构的设计工作中，设计人员应充分了解各种结构体系的特点，并在此基础上结合建筑工程的实际抗震要求，严格遵守相关的抗震设计规范，灵活地运用少墙框剪等各种结构形式，提高结构布局的合理性，提高建筑结构的刚度以及抗侧能力，增强建筑工程的整体抗震性能。