【摘要】對框架剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計及抗震分析進行了探討，從多個角度論述了抗震設(shè)計要點。
【關(guān)鍵詞】框架；剪力墻；抗震；
引言
框架剪力墻結(jié)構(gòu)同時使用框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)體系，將兩者結(jié)合起來共同承受豎向和水平荷載，可大大減少結(jié)構(gòu)本身側(cè)移，并可有效提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，研究標明框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻可承擔(dān)總水平地震作用的80％及以上，其余部分方由框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)，因此在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中如何合理確定剪力墻的布置和數(shù)量已成為重要課題，其可直接影響到建筑的抗震性能及經(jīng)濟效益。
1 框剪結(jié)構(gòu)概念設(shè)計及抗震分析
框架剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成為雙向抗側(cè)力體系，結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向均應(yīng)布置剪力墻，在一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則、對稱，并應(yīng)避免導(dǎo)致應(yīng)力幾種的凹角和狹長的縮頸部位，豎向應(yīng)盡量避免出現(xiàn)外挑，存在內(nèi)收也不宜過多、過急，并應(yīng)力求剛度均勻避免突變以及薄弱層的出現(xiàn)；結(jié)構(gòu)承載力應(yīng)自下而上逐步縮小，避免應(yīng)力集中，最終結(jié)構(gòu)的承載力、變形能力和剛度均應(yīng)連續(xù)變化以適應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震性要求；該種結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計應(yīng)有多道防線，并應(yīng)保證節(jié)點的承載力和剛度與構(gòu)件相適應(yīng)，在構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)采取有效措施防止其發(fā)生脆性破壞并可保證結(jié)構(gòu)有足夠的延性【1】。
為提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻應(yīng)均勻布置在建筑物的周邊，對內(nèi)部平面變化較大的部位其剪力墻間距不宜過大，平面形狀凹凸較大時應(yīng)在凸出部位端部設(shè)置剪力墻；結(jié)構(gòu)框架梁柱、與剪力墻的軸線宜重合在同一平面內(nèi)，剪力墻應(yīng)貫穿建筑物全高，并應(yīng)避免剛性突變，剪力墻的布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近等。
2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點
2.1 強調(diào)概念設(shè)計
框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計首先應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式并確定可靠的傳力途徑，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成為雙向抗側(cè)力體系，結(jié)構(gòu)平面形狀宜規(guī)則、對稱，結(jié)構(gòu)在主軸的兩個方向的動力特性應(yīng)接近，并應(yīng)盡量實現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)心與重心重合，避免虛假對稱的結(jié)構(gòu)平面以及加強結(jié)構(gòu)周邊的抗扭剛度并減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；抗震設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻且其間距不宜過大，若剪力墻體需開鑿較大洞口則應(yīng)適當減小間距；對異型柱結(jié)構(gòu)中處于受力不利部位的異型柱可采用一般框架柱來改善結(jié)構(gòu)的整體受力性能。
2.2 提高剪力墻的抗震性能
可將剪力墻做成四周有梁柱的帶邊框墻，可利用邊框和暗框來防止斜裂縫的發(fā)展，并可在墻板破壞后作承重構(gòu)件來代替墻板承重并具有一定的延性，邊框應(yīng)具有足夠的斜截面受剪承載力來承擔(dān)因墻身通裂對邊框梁柱帶來的附加剪力；在肢墻設(shè)計時可設(shè)結(jié)構(gòu)洞口或結(jié)構(gòu)豎縫變?yōu)殡p肢墻或多肢墻，可將裂縫和屈服部位出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫或洞口連梁部位以形成能耗機構(gòu)，并可將原剪力墻一分為二，降低其剛度以免剪力破壞的發(fā)生；研究標明當連梁的跨高比為5時其延性和能耗均優(yōu)于跨高比為1時，連梁兩端相對豎向位移的延性系數(shù)都在8以上，其滯回曲線也相當飽滿，因此在設(shè)計過程中應(yīng)對其組成和構(gòu)造采取一定措施【2】。
2.3 提高框架的抗震性能
由于角柱是連接縱橫框架的樞紐，因此可通過增加角柱的措施來增加框架的空間整體性；在周圈框架平面應(yīng)按照K型支撐和X型支撐布置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗剪墻板或配筋砌塊抗剪墻板以克服框架的剪力滯后現(xiàn)象，并可提高框架的整體性；由于折曲撐由鋼纖維混凝土桿制造，偏心連接支撐可用鋼桿或勁性鋼筋混凝土桿組成，在地震發(fā)生時便可用該贅余桿件的先期屈服和變形來耗散能量，且當贅余桿件破壞或退出工作后使結(jié)構(gòu)由一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系，于是可引起結(jié)構(gòu)自振周期的改變，即可避免地震周期內(nèi)長時間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。
2.4 加強整體結(jié)構(gòu)抗震性能
可通過實行機構(gòu)控制來實現(xiàn)總體屈服機制，在結(jié)構(gòu)的特定位置設(shè)置一定數(shù)量的人工塑性鉸，對塑性鉸發(fā)生的部位、順序及塑性程度進行控制從而使得結(jié)構(gòu)在強震作用下能夠形成最佳的能耗機構(gòu)，其在水平作用下實現(xiàn)水平構(gòu)件先于豎向構(gòu)件屈服，最后是豎向構(gòu)件底部屈服；并使結(jié)構(gòu)的剛度和承載力相互匹配以及結(jié)構(gòu)的剛度和延性相互匹配。
2.5 設(shè)置多道防線
任何一個抗震性能好的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該由若干個延性較好的分體系組成，并應(yīng)由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，當?shù)卣鸢l(fā)生時，建筑物自身內(nèi)部、外部贅余桿件吸收并消耗大量的地震能量，因此可減輕地震災(zāi)害，一般框架剪力墻結(jié)構(gòu)是延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成，其有框架和墻體兩道防線。
2.6 合理運用地震作用方向
可通過引入水平力與整體坐標夾角來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，并通過對不同方向下結(jié)構(gòu)受力和變形情況的驗算使結(jié)構(gòu)趨于安全；因建筑結(jié)構(gòu)在不同方向表現(xiàn)出不同的剛度性質(zhì)，因此相同的地震力沿不同方向作用于結(jié)構(gòu)的作用不同，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的劇烈程度也不相同，因此會存在一個最不利地震作用方向，一般在結(jié)構(gòu)平面的主軸，結(jié)構(gòu)沿該方向的地震反應(yīng)也最為劇烈； 對于包含斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)不管地震作用于哪個方向均無法同時保證所有的構(gòu)件處于最大的內(nèi)力狀態(tài)，因此抗震規(guī)范規(guī)定對于包含有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當相交角度大于15度時，應(yīng)對各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用分別計算；對包含斜交構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，因每個構(gòu)件的最大風(fēng)荷載作用有所不同，因此應(yīng)對所有構(gòu)件的風(fēng)荷載均按照最大荷載作用， 并通過對水平力于整體坐標的夾角進行修改，并在不同角度下計算，過程中應(yīng)盡量顧及每個構(gòu)件可取得最大迎風(fēng)面積，最終整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計可基于多次計算的結(jié)果，每個構(gòu)件取最大值【3】。
2.7 剛度及承載力相互匹配
在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，若剪力墻數(shù)量多、厚度大，其剛度自然也大，但會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期減小，總的水平地震作用增大，反之若剛度小則地震力也相應(yīng)變小，因此在設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)建筑的重要性、裝修等級和抗震設(shè)防烈度等因素來綜合這一矛盾，最終確定結(jié)構(gòu)的側(cè)移限值，從而定出抗震墻的數(shù)量、厚度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟。
2.8 剛度和延性相匹配
由于剪力墻和框架在剛度、彈性極限變形值和延性系數(shù)等放賣弄存在的差異導(dǎo)致該種復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗震性能大打折扣，致使各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)的發(fā)揮材料抗力而出現(xiàn)逐個被擊破的情況，因此大大降低了構(gòu)件的利用效率和整體的抗震可靠度，因此在設(shè)計時應(yīng)盡量使框架和剪力墻的剛度和延性相互匹配，并可通過設(shè)置帶豎縫的剪力墻，其在水平力作用下所產(chǎn)生的位移不以墻體的剪切變形為主而變?yōu)橐灾膹澢冃螢橹�，原來出現(xiàn)在墻面上的斜向裂縫被柱上下端的水平裂縫所代替。
2.9 扭轉(zhuǎn)計算和抗扭控制
在進行扭轉(zhuǎn)計算和抗扭設(shè)計時應(yīng)采取小震計算控制和大中震抗震措施并重的原則，尤其對大中震時的抗扭構(gòu)造措施不能忽視，當扭轉(zhuǎn)位移比超過1.35時，其雙向地震作用明顯，因此應(yīng)進行雙向地震作用計算，并應(yīng)在結(jié)構(gòu)平面上大致劃分出受扭敏感區(qū)和質(zhì)心區(qū)，進行經(jīng)濟有效的抗扭計算控制，對受扭敏感區(qū)內(nèi)的豎向構(gòu)件在大中震下所產(chǎn)生的扭矩不可忽視，且其處于有扭矩作用的復(fù)雜受力狀態(tài)，其最終抗扭構(gòu)造除滿足規(guī)范要求外，應(yīng)按照強扭弱彎并采取增加抗扭構(gòu)造的措施。
3 結(jié)語
框架和剪力墻在框剪結(jié)構(gòu)中在抗震性能上起到了良好的互補作用，因此其適合于抗震要求較高的地區(qū)，但框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否將直接影響到建筑物的安全性能及其經(jīng)濟指標的高低，因此加強設(shè)計研究對實現(xiàn)建筑經(jīng)濟效益和社會效益具有非常重要的意義。
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