摘要：建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，在其變形及受力特點上確定設(shè)計方案。合理的布置及計算使結(jié)構(gòu)在抗震性能方面更加“堅”，本文淺議框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題。搞好框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計,將直接影響到建設(shè)物的安全使用與技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的高低,本文對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個主要問題進(jìn)行探論。
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計;剪力墻;框架;方案;計算
　　一、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)的變形及受力特點
　　在框架結(jié)構(gòu)中加設(shè)適量的剪力墻，二者通過樓蓋協(xié)同工作，以滿足建筑物的抗側(cè)要求，從而組成框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架中局部增加剪力墻可以在對建筑物的使用功能影響不大的情況下，使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和承載力都有明顯提高，所以這種結(jié)構(gòu)體系兼有框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，是一種適用性很廣的結(jié)構(gòu)形式。
　　剪力墻的側(cè)移剛度遠(yuǎn)大于框架，因此剪力墻分配到的剪力也將遠(yuǎn)大于框架。由于上述變形的協(xié)調(diào)作用，框架和剪力墻的荷載和剪力分布沿高度在不斷調(diào)整。框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下，框架與剪力墻之間樓層剪力的分配比例和框架各樓層剪力分布情況隨著樓層所處高度而變化，與結(jié)構(gòu)剛度特征值λ直接相關(guān)�？蚣艚Y(jié)構(gòu)中的框架底部剪力為零，剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部，而純框架最大剪力在底部。因此，當(dāng)實際布置有剪力墻(如：樓梯間墻、電梯井道墻、設(shè)備管道井墻等)的框架結(jié)構(gòu)，必須按框架結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算內(nèi)力，不應(yīng)簡單按純框架分析，否則不能保證框架部分上部樓層構(gòu)件的安全。
　　二、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置
　　剪力墻的布置一般原則是均勻、分散、對稱,分散原則是要求剪力墻片數(shù)不要太少,而且每片剪力墻剛度不要太大,連續(xù)尺寸不要太長,使抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量多一些,分散一些,每片剪力墻的彎曲剛度適中,在使用中不會因為個別墻的局部破壞而影響整體的抗側(cè)力性能,也不會使個別墻的受力太集中,負(fù)擔(dān)過重而引起過早的破壞,剛度過大的墻承擔(dān)的內(nèi)力也大,相應(yīng)的基礎(chǔ)處理難度增加,同時也考慮到剪力墻相距太遠(yuǎn),樓面剛度要求大,很難滿足要求,周邊的原則是考慮建筑物抵抗扭轉(zhuǎn)能力,便于保證剛度中心與平面中心相吻合。
　　剪力墻布置在周邊對稱位置,增加抵抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂,在不增加剪力墻面積的情況下,提高抗扭轉(zhuǎn)能力，剪力墻布置的位置應(yīng)設(shè)在平面形狀變化處,即:角隅、端角、凹角，這些部位往往是應(yīng)力集中處,設(shè)置剪力墻給予加強是很有必要的；高層建筑的樓梯間、電梯間、管道井處等的樓面開洞嚴(yán)重地削弱樓板剛度,對保證框架與剪力墻協(xié)同工作極為不利。
　　因此,在工程設(shè)計中用剪力墻來加強這些薄弱端部,如樓梯間、電梯井道處、豎向管道井設(shè)計加強的鋼筋混凝土墻是十分有效的,剪力墻的間距:現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋L/B=2～4為宜；裝配整體式鋼筋混凝土樓蓋L/B=1～2.5為宜，原則是建筑物愈高、抗震設(shè)防烈度愈高,間距取值愈小,剪力墻應(yīng)沿建筑物全高設(shè)置,不得沿高度有突變,剪力墻應(yīng)落地,剪力墻并應(yīng)在兩個主軸方向組合部署成L形、T形或形成封閉的筒,這樣可以提高剪力墻自身的剛度，且一片剪力墻的長度不宜大于8m,當(dāng)超過時,應(yīng)利用洞口分割成兩片墻,功能上不需要洞時,洞口可用不同的材料或輕質(zhì)材料填充,過長的剪力墻中央部分的鋼筋尚未到達(dá)屈服階段,墻端部的鋼筋早因變形過大而斷開破壞、工程具體情況、建筑物高度、地區(qū)設(shè)防烈度及參考上面方法取值。
　　三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)方案的確定
　　1框架-剪力墻結(jié)構(gòu)方案選型
　　對于有抗震設(shè)防的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),正確而合理的設(shè)計方案其首要任務(wù)必須滿足抗震設(shè)防的要求,在場地地基、建筑體型、結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量、剛度分布、構(gòu)件強度、延性等方面要慎重考慮，例如圖1中的平面,剪力墻偏于上方剛度明顯不對稱,偏心大抗扭轉(zhuǎn)能力差,剪力墻集中而不分散,周邊四角沒有剪力墻,這種平面使結(jié)構(gòu)的剛度中心與平面形心相差較遠(yuǎn),抗水平力、抗扭轉(zhuǎn)、抗地震能力差,在地震力作用下,使四角柱承受很大的地震力與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的效應(yīng),這將成為工程設(shè)計中框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻是框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中抗震設(shè)防的第一道防線,框架主要承受垂直力,在兩片單肢剪力墻間的連梁其受力是相當(dāng)復(fù)雜的。
　　
　　圖1
　　2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　框架-剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的延性和耗能能力,是一種較為理想的抗震結(jié)構(gòu)型式，對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu),合理設(shè)計框架、剪力墻以及連梁,對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力是非常重要的,鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程(JGJ3-91)考慮了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻開裂后剛度降低,使框架承受的水平荷載大于彈性分析結(jié)果,則規(guī)定框架承受水平剪力不小于0.2V01框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后,剪力墻上部彎矩增大,下部彎矩減小,反彎點位置下移,剪力墻擔(dān)負(fù)的剪力上、下部變化較大,中部變化較小,但是剪力墻設(shè)計控制內(nèi)力變化不大,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)屈服以后,結(jié)構(gòu)的剛度特征值λ將改變,框架的最大剪力層轉(zhuǎn)移,如果屈服順序依次為剪力墻→框架梁→框架柱,則λ值增大,框架的最大剪力層下移；如果是框架梁先屈服,則λ值降低,最大剪力層上移,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中,應(yīng)盡可能設(shè)置抵抗地震的多道防線,一般情況下,剪力墻作為第一道防線首先屈服,將框架設(shè)計作為第二道防線。
　　因此,要充分認(rèn)識到框架在剪力墻屈服后增加的荷載效應(yīng),讓框架柱承擔(dān)豎向荷載的構(gòu)件有充分的安全儲備,并且針對第二道防線，框架結(jié)構(gòu)作抗震驗算,總之,適當(dāng)處理構(gòu)件的強弱關(guān)系,使其形成多道抗震防線,是增強結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的重要措施。
　　四、合理分析計算結(jié)果、
　　1合理分析,正確簡化計算程序要求的計算，如TBSA程序
　　對剪力墻按薄壁柱考慮的分析是有條件的,即剪力墻的總高度比截面最大尺寸要大得多,洞口上下基本對齊,上下層剪力墻截面不要突變,每片剪力墻不得多于19個墻段,實際工程中如果不符合這個要求,將影響計算結(jié)果的正確性1對于屋頂上部設(shè)置擴播電視電信的鋼塔,用TBSA程序計算時,首先將鋼塔轉(zhuǎn)換成為等剛度、等質(zhì)量的薄壁筒體與下面結(jié)構(gòu)整體計算,然后,再按得到的內(nèi)力另外進(jìn)行鋼塔的設(shè)計,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻不落地時,形成框肢剪力墻結(jié)構(gòu),用TBSA程序分析,先將計算洞口劃分為平面剪力墻或較簡單的L形和I形剪力墻,轉(zhuǎn)換層設(shè)托梁支承,用無柱連接點與上層剪力墻連接,當(dāng)每片墻的支承柱數(shù)為3根或更多時,轉(zhuǎn)換梁的剛度要取得很大的高度,這種簡化便于整體分析,但轉(zhuǎn)換層和上下相鄰層的內(nèi)力和配筋運用另外的計算程序進(jìn)行設(shè)計。鋼管混凝土、型鋼混凝土構(gòu)件有按剛度相等的條件轉(zhuǎn)換成圓形或矩形截面的混凝土構(gòu)件進(jìn)行整體計算,求得內(nèi)力后再按有關(guān)規(guī)定對構(gòu)件進(jìn)行承載力設(shè)計。
　　2分析計算機輸出結(jié)果是否正確，首先從周期、振型和地震力方面判斷,非耦連計算地震作用,其第一周期會在常規(guī)范圍內(nèi),框架-剪力墻結(jié)構(gòu)T1=(0.08～0.12)NS(NS為層數(shù))；第二周期T=T(1/5～1/3)；第三周期約為T=T(1/7～1/5),如果相差太遠(yuǎn)應(yīng)考慮調(diào)整結(jié)構(gòu)截面尺寸和剪力墻的數(shù)量,使周期處于常規(guī)的范圍內(nèi)，正確的計算結(jié)果振型曲線多為連續(xù)光滑的,且第一振型沒有零點,第二振型的零點在(0.7～0.8)H高度上,第三振型的零點分別在(0.4～0.5)H和(0.8～0.9)H高度上,如果計算結(jié)果有異樣,應(yīng)繼續(xù)分析查找原因,正常情況,底部總剪力也應(yīng)在合理范圍內(nèi),7度Ⅱ類場地底部剪力大約在總重量的1.5%～3%之間,8度Ⅱ類場地大約在總重量的3%～6%之間視為正常�？蚣�-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移在一般情況下,彎曲型與剪切型之間基本上是反S型,接近于直接參考點的位移曲線,應(yīng)上、下漸變,不應(yīng)出現(xiàn)大的突變,樓面水平位移保持直線狀態(tài),在同一結(jié)構(gòu),同一荷載下內(nèi)力是平衡的(地震作用時,由于經(jīng)過振型組合視為非同一荷載)內(nèi)力平衡必須考慮全部內(nèi)力,如節(jié)點力矩平衡,要考慮平面內(nèi)、外的全部彎矩、扭矩,必須考慮單工況的內(nèi)力,不考慮分項系數(shù),否則內(nèi)力是不平衡的，如果按這些要求,其內(nèi)力不平衡時,應(yīng)懷疑計算結(jié)果的正確性,繼續(xù)分析找出原因。
　　五、結(jié)束語
　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需考慮其受力的特征，利用受力特征確定方案，使設(shè)計更加合理、經(jīng)濟�？拐鹦阅芤獜�，在于其結(jié)構(gòu)設(shè)計計算合理的前提下加強，經(jīng)過汶川、玉樹大地震中，給我們一次次的警告，在抗震性能方面我們得努力去探索，完善。