框架剪力墻結構體系設計

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摘要：綜述框架剪力墻的特點，就剪力的厚度和數量平面和豎向布置的原則進行探討。 

關鍵字：框架剪力墻結構剪力墻布置  中圖分類號：s611文獻標識碼：a 文章編號：  1結構特點  框架-剪力墻結構簡稱框一剪結構。框架—剪力墻結構中，由于剪力墻剛度大，剪力墻將承擔大部分水平力，是抗側力的主體，整個結構的側向剛度大大提高。框架則承擔豎向荷載，提供了較大的使用空間，同時也承擔部分水平力。框架本身在水平荷載作用下呈剪切形變形，剪力墻則呈彎曲形變形。當兩者通過樓板協(xié)同工作，共同抵抗水平荷載時，變形必須協(xié)調，側向變形將呈彎剪形。其上下各層層間變形趨于均勻，并減小了頂點側移。同時框架各層層間剪力趨于均勻，各層梁柱截面尺寸和配筋也趨均勻。由于上述受力變形特點，框架—剪力墻結構比框架結構的剛度和承載能力都大大提高了  2剪力墻厚度確定  剪力墻的周邊應設置梁邊框梁和端柱組成的邊框。在>中有規(guī)定:剪力墻的截面厚度為: 1) 抗震設計時, 一、二級剪力墻的底部加強部位的厚度均不應小于200 mm,且不宜小于層高的1/ 16;非加強區(qū)不應小于160mm且不宜小于層高1/20；2）三、四級剪力墻的底部加強部位的厚度均不應小于160 mm,且不宜小于層高的1/ 20;非加強區(qū)不應小于140mm且不宜小于層高1/25。邊框梁的寬度宜與墻同厚, 高度可取墻厚的2 倍。所以一個合理的剪力墻厚度具有結構安全、經濟合理等特點。在這里需要注意的一點是, 一般情況下由于基礎的埋置深度比較大而導致底層的層高比較高, 從而也就要求底層剪力墻的厚度比較大。但還應該注意到新的>2010版是不宜小于層高1/xx,意思若墻體穩(wěn)定性驗算滿足要求就可以了，不必按層高的1/xx一刀切。因此在保證墻體穩(wěn)定性的前提下, 盡量不把層高較高樓層的剪力墻做的太厚。原因有以下幾個方面: 1) 由  于最小配筋率影響, 導致剪力墻的配筋面積的增大; 2) 在剪力墻變截面處, 為了避免相鄰樓層間的剛度變化過大, 剪力墻的斷面變化應是漸變的, 這勢必會增加工程造價。3) 剪力墻的厚度直接影響到邊框柱和梁的斷面, 較大的剪力墻斷面必然會導致較大的邊框柱梁斷面 。因此，在進行結構計算中應能靈活掌握對剪力墻厚度的選擇。  3 剪力墻的數量  一個工程項目的設計, 要有合適的剪力墻的數量。通過一些計算參數結果如:剪重比、剛重比、周期、層間位移角等進行不斷的調整。  首先，按照規(guī)范要求，在一個獨立的結構單元內，規(guī)范規(guī)定，剪力墻在結構底部所承擔的地震傾覆力矩值應介于結構總地震傾覆力矩值的50~90%間，才能按框－剪結構進行設計?？偨Y一些成功的設計實例：一般底層結構剪力墻截面面積a w 和柱截面面積ac 之和與樓層面積af 之比以及剪力墻截面面積a w 與樓面面積af 之比均控制在表1 范圍內。  4 剪力墻的平面布置  剪力墻的平面布置原則是均勻、分散、對稱、周邊布置。均勻、分散原則是要求每片剪力墻的剛度不要太大, 連續(xù)尺寸不要太長, 使剪力墻的數量多一些, 分散一些, 每一片墻肢的彎曲剛度適中, 不會因為個別墻肢的局部破壞而影響整體的抗側力性能。剛度愈大的墻肢承擔的吸收荷載也愈大, 同樣的也要考慮墻肢開洞, 來減輕個別墻肢的剛度集中問題。周邊原則是為了使建筑物的剛度中心和平面形心盡量吻合, 保證建筑物抗扭能力。在每一獨立結構單元的縱向和橫向，均應沿兩條以上的且相距較遠的軸線設置剪力墻，使結構具有盡可能大的抗扭轉能力。一般情況下，剪力墻宜布置在豎向荷載較大處、平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處、樓梯間。但是，縱向剪力墻不宜設置在獨立結構單元的兩端，以免縱向框架梁和樓板因受到變形約束的區(qū)段過長而產生較大的收縮和溫度應力。剪力墻的布置還宜在應力易集中處：如端部轉角處、凸凹角處等等。另外， 對于高層建筑而言, 由于建筑的空間要求( 形成大面積的樓板開洞) 、樓梯間、電梯間以及管道井等處開洞對樓板剛度的連續(xù)性形成嚴重破壞的,有必要在這些地方設置剪力墻來增加抗側剛度。  5 剪力墻的豎向布置  剪力墻在豎向宜沿建筑物全高設置, 盡量不要中斷, 且橫向與縱向的剪力墻宜相連。但在實際工程中由于建筑物使用功能的要求, 也有部分剪力墻不能落地, 因此, 也要對轉換層采取加強措施。剪力墻宜在兩個主軸方向組合布置成l 形、t 形以及口字形的筒體, 盡量避免一字形墻的出現(xiàn), 這樣可以提高剪力墻身的剛度， 但單片長度較長的剪力墻( 不小于8 m) 宜開洞處理， 在建筑使用功能中不要求該處出現(xiàn)洞口時, 需要用填充墻體填充處理( 墻體厚度與剪力墻同) 。洞口在豎向上, 宜對齊處理, 洞口兩側應按先行規(guī)范設置邊緣構件, 采取加強措施, 滿足使用功能的要求。  6 結語  當然，水平位移滿足《建筑高層規(guī)程》的要求，是合理設計的必要條件之一，但不是充分條件。即是說:合理的設計，水平位移應滿足限值，但水平位移限值滿足，不一定是合理的結構，還要考慮周期，地震力大小等綜合條件這是因為，抗震設計時，地震力大小與剛度直接相關。抗側剛度小，結構設計并不見得合理，由于地震力也小，所以位移也有可能在限值范圍內，此時并不能認為結構設計合理.所以，在滿足側移條件外，還應綜合其他因素。首先，通過結構自振周期的計算驗證剪力墻的布置。對于比較正常的設計，不考慮折減的計算自振周期，框架—剪力墻結構，t1=(0.06--0.12)*n，第二和第三振型的周期近似為t2=(1/3~1/5)*t1，t3=(1/5~1/7)*t1。其次，可通過計算結構的底部剪力來驗證剪力墻的布置。根據目前許多工程的計算結果，截面尺寸，結構布置都比較正常的結構，將各層位移連成側移曲線，應具有反s 形曲線，且接近直線。在剛度較均勻的情況下，位移曲線應連續(xù)光滑，無突然凹凸變化和折點。  經過上述驗證，基本上認為剪力墻的數量和設置位置是合理的。  參考文獻  [1]>gb 50010-2010[s]  [2]>gb50011-2010[s]  [3]>jgj 3-2010[s]  [4]候麗紅框架-剪力墻結構概念設計[j] 2009,35(17) 43-44  作者簡介：王問杰19780610，性別男，民族（漢），籍貫江蘇蘇州，工作單位：蘇州市新宇建筑設計有限責任公司，職務，工程師，學位，大學本科研究方向,結構設計  注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式查看。