简析框架剪力墙结构设计

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　　摘    要：随着我国建筑行业的迅猛发展，高层建筑越来越多，框架-剪力墙结构有其众多优点而被广泛应用，本文主要分析了框剪结构受作用力的特性，结合建筑的使用情况确定了框剪结构的排列布置以及怎样进行合理优化设计，达到节能降耗的目的。
　　关键词：框剪结构;优化;剪力墙布置
　　1  引言
　　框架剪力墙结构也称框剪结构，是在框架结构中设置一部分剪力墙的结构体系。框架结构的主要优势在于灵活、自由的使用空间，能够满足不同建筑功能的要求。但其侧向刚度比较小，而建筑层数比较多时，容易导致结构较大的侧移，影响结构构件安全，而影响使用。剪力墙结构恰恰相反，其优点为侧向刚度比较大，水平作用下位移比较小，但剪力墙结构的间距小，使得建筑平面布置较局限，不适用于具有大空间要求的空间布置，另外其地震力较大。由以上比较发现，两者的优缺点存在互补性，便产生了另一种结构形式，即框剪结构。其一方面具备框架结构的平面布局灵活、有较大布置空间的优点，另一方面具备剪力墙的侧向刚度较大的优势，是两者优点的结合，这种结构体系为高层民用建筑的布置使用创造了较大的空间。因此，框架剪力墙结构体系在很多地区都得到广泛的应用。
　　2  剪力墙旳结构性能
　　在形状方面分析，剪力墙可视为一块竖向楼板，在抵抗竖向力方面分析，可视为拉长的框架柱，在抵抗侧力方面分析，可视为竖向的悬臂梁。剪力墙类似于楼板，由于其表面积比较大，很易产生温度收缩裂缝，所以剪力墙一般设置具有双层双向的分布筋。和框架柱相似，为了确保承受压力的构件在竖向力作用下具有一定延性，应限制剪力墙的轴压比。和框架柱对比，剪力墙在承受压力时有下列不同之处：首先，剪力墙发挥的作用更大，所以轴压比比框架柱要求的更加严格。其次，剪力墙通常比较薄，在压力作用下很容易失去稳定性。另外，竖向力是借助楼板作用在剪力墙上，这些力可能有一定程度的偏移，并在剪力墙上产生平面外弯矩，因此剪力墙的竖向分布筋不仅要承受热应力，而且还要承受平面外弯矩。和悬臂梁相似，剪力墙需要承受因侧向力而产生的剪力与弯矩，从而剪力墙的水平分布筋不但承受热应力，还要承受剪力。
　　3  框剪结构中剪力墙的优化布置及构造要求
　　剪力墙的多少直接影响到框架-剪力墻结构的经济性和合理性。根据规范的要求，为了最大程度的发挥框剪结构的特性，在结构底部的剪力墙所承受的地震弯矩值应大于等于地震总弯矩值的百分之五十，小于此值应按框架体系进行处理。在框剪结构中，主体的侧向刚度受控于同一方向的各片剪力墙截面的弯曲刚度总和，侧向刚度增大，结构的水平位移随之减小。一般情况下，依据规范规定的结构水平位移的限值确定剪力墙的多少。规范允许的框剪结构的弹性层间位移角应小于八百分之一。与此同时，剪力墙的数量亦不宜太多，否则由地运动引起的结构动态作用相应加大，将使得剪力墙吸收大多数水平地溪力，进而限制了框架结构的发挥，并且将增加成本，造成不必要的浪费。剪力墙布置与主体平面布局相关，通常是双向布置。在框架-剪力墙结构中，剪力墙作为主要抗侧力的构件，为能使框剪结构在两个主轴方向上都具有满足要求的水平承载力与侧向刚度，剪力墙应均匀的布置在两个主轴方向上，形成双向抗侧力体系。各个方向上的剪力墙布置应最大程度做到“均匀，周边，分散，对称”。布置剪力墙时也应该考虑地震力，使其分散作用在刚度大体相同的多片剪力墙上，若相对集中地布置，地震力就会集中作用，导致墙体的设计难度加大甚至墙体破坏，其它剪力墙与框架构件由于较弱无法抵抗这些地震力，导致结构的安全性受到破坏。同一方向上的每片剪力墙应该均匀分散地布置在建筑平面各个部位，剪力墙宜避免太过集中的布置，在单片剪力墙底部所抵抗的水平剪力不宜大于在结构底部所抵抗的总剪力的百分之四十，避免导致地震力对各个框架之间作用不匀称。
　　4  框剪结构的优化设计
　　现阶段，高层民用建筑数量在迅速增长，建筑工程造价也在不断的升高，钢筋混凝土的成本又在建筑的总体成本占主要地位，很多甲方为了降低成本，便对设计单位提出苛刻要求，尤其对工程中的钢筋用量进行严格把控，而“高层建筑混凝土结构技术规程”对高层建筑在结构形式的选择上没给出明确的规定，身为结构设计工程师，怎样在复杂的社会环境中站稳脚跟，怎样更好的执行国家有关设计规范的条文，怎样在确保结构安全的基础上进行科学经济合理的整体结构设计，是目前我们最应该思考的问题，这就要求我们对国家规范能理解到位，并切能对规范灵活应用。框架-剪力墙结构的优化设计是分别对剪力墙与框架进行优化，此过程包括优化布置、初始合理选型、计算后的优化设计。第二节已重点阐述了前两项过程，在此不在赘述，计算后的优化设计包括剪力墙与框架两个环节，根据其中框架结构构件内力的计算分别对框架梁柱及楼板结构进行优化设计，可以完善梁、柱、板的几何尺寸，当结构中剪力墙的水平侧移值达到或接近规范规定的最大侧移值时，剪力墙厚度最佳，最后合成一个新的框架-剪力墙剪结构体系，分析其结构内力，根据计算出的数据，再次对框架结构的构件及剪力墙位置进行优化设计，完善框剪结构体系。
　　5  结语
　　框架-剪力墙结构因为它具有很好的受力性及适用性特点而在高层民用建筑结构设计中得到普遍的运用，具有很多的优势，其结合了剪力墙和框架结构两大结构体系的优势。在当下社会高层建筑数量的不断增长的情况下，传统的设计方法显得过于保守和局限，进而突出了对框剪结构进行优化设计的重要性，对于减少工程造价具有指导意义。
　　参考文献：
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