框架剪力墙结构的抗震性能分析

框架剪力墙结构的抗震性能分析

唐敏婷

江门市建筑设计院有限公司529000

摘要：抗震设计的研究一直以来都是人们研究的对象，也折射出现行的抗震设计理论的不足。框架－剪力墙结构是公认的抗震性能较好的结构体系，它将框架结构和剪力墙结构融为一体，充分发挥框架与剪力墙的优点，使整体结构的抗侧刚度适中，并能提供相应的竖向和水平承载力。本文介绍了框架－剪力墙结构的特点，并提出了优化框架－剪力墙结构抗震性能的有关措施。

关键词：框架－剪力墙结构；抗震性能

前言：框架剪力结构简称框剪结构，它主要是在框架结构中设计一定的剪力墙。框剪结构既能满足使用者对使用空间的要求，又能满足建筑物对侧向刚度的要求；充分发挥框架结构与剪力墙结构的优势，使建筑物的安全性能以及抗震水平得到极大的提高，通过对发生的多次地震的数据进行调查可以发现框架剪力墙结构的抗震性能高于框架结构或者是剪力墙结构。研究框架剪力墙结构的受力特点，找出对其抗震性产生影响的因素。确定最佳的参数，增强框架剪力结构的抗震性能，提高建筑物的安全性与稳定性?。

一、框架剪力墙结构的受力特点以及抗震性能

框架结构是由梁或者支柱发挥作用抵抗使用过程中的垂直方向的载荷，为使用者提供充足的使用空间；而剪力墙结构是通过钢筋混凝土墙体来承担水平方向的载荷，如风、地震等。框架剪力墙结构是综合利用框架以及剪力墙，吸收两者的优势进行互补。在建筑物的底部，剪力墙发生的位移非常小，承担着大部分的水平载荷作用，使框架结构发生弯曲变形；而在建筑物上部，剪力墙在框架的作用下发生变形，框架与剪力墙两者共同抵抗水平载荷的作用。框架剪力墙结构使建筑物各层之间的作用力趋于平衡，使建筑物的刚度以及承载力得到极大的提高，在地震时各层之间位移非常小，建筑物变形很小，使建筑物的抗震性能得到极大的提高。

框架剪力墙结构在抗震方面具有一定的优势。地震危害性非常轻，框架剪力墙结构由于是框架与剪力墙结构共同作用，相互协调来承担地震时的水平力，大大增大了水平力的承受范围，使地震的破坏力降低，减轻了地震的危害，这一优势在汶川大地震中得到了很好的验证；框架剪力墙结构具有很好的延展性，配筋在框架剪力墙结构中的使用率非常高，极大的提高了墙体的延展性，使建筑物的抗震性能得到极大的提高。

二、影响框架剪力墙结构抗震性能的因素

2.1框架剪力墙结构的延性

延性是指从屈服开始至达到最大的承载能力后，承载力没有发生显著下降变化的变形能力，主要反映结构后期变形能力。在工程结构抗震设计中，不仅要满足承载力要求和延性要求，满足抗震设计方面的要求。抗震性主要取决于结构所能吸收的地震能量，由承载力和变形能力共同决定的，一味的追求结构的强度并不可取，结构的延性也非常的重要。结构的延性对结构的抗震具有十分重要的作用，合理的设计结构的延性之后，采用结构抗震系统的一系列措施保证结构的抗震承载力。

2.2框架剪力墙结构的刚度

抵抗弹性变形的能力称为刚度，在结构抗震中起十分重要的作用，可以通过选取不同的结构形式来控制建筑物刚度的大小。框架结构的刚度比框架剪力墙结构的刚度要小，更容易产生较大的变形。框架剪力墙结构的刚度影响结构本身的自振周期，动力性能也会随着振动周期的改变而改变，避免动力性能相近是为了避免共振的产生。

2.3底层对抗震性能的影响

在高层建筑中，底层往往要高于其它层，不同的底层高度具有不同的抗震性能。当底层高度升高时，最大水平位移、层位移角以及框架剪力墙结构的自振周期都随着高度的升高在不断的变大，水平位移变化较为平缓，而层位移角X方向在第六层时最大，而Y方向在第十一层时最大。同时，随着底层高度的升高，框架剪力墙结构的刚比重也出现相应的变化，当层高5.2米时出现最大值，与之相反框剪结构的刚比重与底层高度的关系不大。底层高度发生变化时，最大水平位移、刚比重等都会出现相应的变化，因此要通过研究确定最合适的底层高度。

2.4楼层高度对抗震性能的影响

在楼层高度不相同的情况下，各楼层的水平位移也各不相同，楼层高度增大的过程中，下层的水平位移变化较大，上层能够保持相对稳定。随着楼层高度的增加，不同楼层的最大层间位移角随着增大，而结构刚重比却随之降低，对于框架剪力墙结构的抗震性具有重要影响。楼层高度影响着水平位移、最大层位移角等，要确定合理的楼层高度，提高建筑物的安全性，增强框架剪力墙结构的抗震性能。

三、框架－剪力墙结构的抗震优化设计

传统条件下，框架－剪力墙结构抗震分析的方法主要有手算法和电算法两种：前者是在假定基础上的近似简化计算方法；后者常用矩阵位移法求解，相对而言，是一种较前者为精确的计算方法。随着地震调查分析及理论的不断深化，框架－剪力墙结构的优化分析逐渐盛行，国内外陆续出现了一系列结构优化的观点。有学者认为合适的剪力墙数量以使其能承受总地震倾覆力矩值的65%～80%为宜，也有学者提出根据《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构顶点风振加速度的限制和对框架、剪力墙比例的要求，提出了一种简单的结构刚度优化方法。

在进行框架－剪力墙结构设计时，框架－剪力墙结构中剪力墙刚度的确定，除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此，在设计时，可通过合理调整剪力墙的混凝土等级和改变剪力墙的布置及截面尺寸，使结构刚度均匀，具有较好的抵御水平荷载的能力，控制结构扭转，达到抗震优化设计，节约成本的目的。大量研究表明，改变剪力墙的弯曲刚度对柱的内力影响不大，因此，当剪力墙的高宽比比较大，剪切变形的影响比较小时，可取剪力墙的弯曲刚度为设计变量。具体优化措施如下：

3.1提高框架的抗震性能

角柱作为连结纵横框架的枢纽，对于框架的抗震性能起着非常关键的作用，因此，加强角柱，也即增加角柱的抗剪性能是提高框架抗震性能必要措施。可以沿着框架平面按K形支撑和X形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板，这样就能有效克服框架的剪力滞后现象，提高框架的抗推刚度和整体稳定性。

3.2提高剪力墙的抗震性能

提高剪力墙的抗震性能的一个重要途径是将剪力墙做成四周均有梁柱的带边框墙。这样明框和暗框就可以阻止斜裂缝向相邻边框发展。同时为了承担因墙身通裂对边框梁柱引起的附加剪力一定要保证边框具有足够的斜截面受剪承载力。

3.3提高整体结构的抗震性能

提高框架的抗震性能和剪力墙的抗震性能只是抗震优化设计的一方面，最终的目的是提高建筑整体结构的抗震性能，因此就要做到结构的刚度和承载力相匹配。在框架－剪力墙结构中，如果剪力墙数量多则会使结构自振周期减小，总水平地震作用增大；反之刚度小，地震力也变小。

四、实例

某框架－剪力墙结构建筑总层数26层（地下2层），建筑高度71.95m，总建筑面积18574.6m2，标准层层高2.90m。依据《建筑工程抗震设防分类标准》，本建筑属丙类建筑，所处地区抗震设防烈度为7度，结构抗震等级为二级，结构抗震设计构造措施按上述相应的抗震等级采用。本工程的基本风压值为0.4KN/m2，工程所在地属Ⅱ类场地土。

在剪力墙结构布置不变的情况下，主要选取对建筑物刚度影响最大的三个因素：开洞率a、墙率b、砼强度等级C的不同值得到计算模型。

通过计算可知：（1）可以得出多高层框架－剪力墙结构中剪力墙的洞口率、墙率和混凝土强度等级是三个最突出影响的因素。（2）高层框架－剪力墙结构的自振周期比和最大位移与剪力墙结构的墙率、开洞率、混凝土强度等级有着一定关系。在这三个影响因素中，墙率对结构刚度影响最为显著，其次为开洞率，混凝土强度等级等级影响较小。因此，可以通过对剪力墙的合理布置以及对剪力墙截面尺寸的调整，控制结构的扭转，来达到优化设计的目的。

结束语：

框架剪力墙结构充分吸收了框架与剪力墙的优势，一方面可以提供充足的使用空间；另一方面可以通过框架与剪力墙的共同协调承担水平载荷，具有非常好的延展性，能够减轻地震的危害，对于提高建筑物的抗震性能具有重要的作用。同时，框架剪力墙结构抗震性能的影响因素是多种多样的，楼层水平位移等直接影响着结构的抗震性能。而底层层高以及楼层高度通过影响位移等来影响抗震性能。因此，必须要确定合理的底层高度以及楼高，增强框架剪力墙结构的抗震性能，提高建筑物的安全性。

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