框架-剪力墻結(jié)構(gòu)由密柱高梁空間框架或空間剪力墻所組成，在水平荷載作用下起整體空間作用的抗側(cè)力構(gòu)件。適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑�？蚣芙Y(jié)構(gòu)的變形是剪切型，上部層間相對(duì)變形小，下部層間相對(duì)變形大。剪力墻結(jié)構(gòu)的變形為彎曲型，上部層間相對(duì)變形大，下部層間相對(duì)變形小。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)，由于兩種結(jié)構(gòu)協(xié)同工作變形協(xié)調(diào)，形成了彎剪變形，從而減小了結(jié)砍的層間相對(duì)位移比和頂點(diǎn)位移比，使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度得到了提高。
NO1
水平荷載主要由剪力墻承受
從受力特點(diǎn)看，由于框剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻側(cè)向剛度比框架的側(cè)向剛度大得多，在水平荷載作用下，一般情況下，約 80%以上用剪力墻來(lái)承擔(dān)。因此，使框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下所分配的樓層框架剪力墻結(jié)構(gòu)兼具了框架布置靈活、延性好和剪力墻剛度大的優(yōu)點(diǎn)，二者通過(guò)水平剛度較大的樓蓋協(xié)同工作，在水平作用下呈彎剪型位移曲線，層間變形趨于均勻，比純框架結(jié)構(gòu)側(cè)移小，非結(jié)構(gòu)性破壞輕，其中剪力墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件，框架起到二級(jí)防線作用，比剪力墻體系延性好，布置靈活。
因此，框剪結(jié)構(gòu)是一種抗剪性能較好的結(jié)構(gòu)體系。但由于剪力墻和框架的層間位移角彈性極限值相差很遠(yuǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)，剪力墻在其底部首先越過(guò)彈性變形階段出現(xiàn)裂縫進(jìn)而屈服，在出鉸部位剛度大幅降低，剛度沿豎向發(fā)生突變，在塑性鉸區(qū)發(fā)生塑性轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)上部的墻體發(fā)生剛體位移，再加上彎曲變形，頂部側(cè)移激增，給與之相連的框架施加了很大的附加剪力。而此刻結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移角還遠(yuǎn)小于框架的彈性變形值，框架尚未充分發(fā)揮其自身的水平抗力。剪力墻和框架之間剛度比值的變化也會(huì)引起地震作用的重新分配，增加了框架的負(fù)擔(dān)，使得框架的延性降低，無(wú)法有效地?fù)?dān)當(dāng)起二道防線的作用。另外，框剪結(jié)構(gòu)多用于 10～25 層左右的商住樓，根據(jù)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，這一類(lèi)層數(shù)的房屋自振周期大都在 0.7～1.7s，與某些地區(qū)的地震卓越周期較接近。如1985年墨西哥太平洋岸的 8.1 級(jí)地震，共有 164 幢 6～20 層的房屋倒塌，其中倒塌率最高是 10～15 層的建筑， 5 層以下和 25 層以上的破壞較輕。
1975 年我國(guó)海城地震、而在1977 年羅馬尼亞的弗蘭恰地震(卓越周期 1.4s)中，倒塌最多的也是十幾層的建筑物。當(dāng)樓層多于 14 層時(shí)，地震力的大小和破壞率都有一個(gè)明顯的陡然增大的趨勢(shì)。因此，采取一些經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法來(lái)改善框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能，提高結(jié)構(gòu)的可靠度就顯得尤為必要。結(jié)構(gòu)控制理論為多種建 (構(gòu) )筑物的抗震設(shè)計(jì)提供了一條有效可行的新途徑。
NO2
改善框剪結(jié)構(gòu)抗震性能的有關(guān)措施
結(jié)構(gòu)控制理論將結(jié)構(gòu)的彈塑性分析與抗震相結(jié)合、抗震與消震相結(jié)合、能動(dòng)控制與設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)的控制措施，調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和質(zhì)量分布，控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳耗能機(jī)構(gòu)，以增大結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用下強(qiáng)迫變形的適應(yīng)能力，使其滿足抗震設(shè)防三水準(zhǔn)要求�？拐鸾Y(jié)構(gòu)按兩階段設(shè)計(jì)，即在彈性階段按強(qiáng)度控制，在彈塑性階段按變形控制。這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，既有一定的強(qiáng)度，又具有較大的延性和耗能能力，能一定程度地適應(yīng)強(qiáng)烈地震使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)迫變形。
NO3
提高剪力墻抗震性能
1、將剪力墻做成四周有梁柱的帶邊框墻。邊框(明框和暗框)可阻止斜裂縫向相鄰發(fā)展，還可在墻板破壞后作承重構(gòu)件代替墻板承重且有一定延性。邊框應(yīng)具有足夠的斜截面受剪承載力，以承擔(dān)因墻身通裂對(duì)邊框梁柱引起的附加剪力。
2、控制每肢墻的高寬比。必要時(shí)可設(shè)結(jié)構(gòu)洞口或結(jié)構(gòu)豎縫使變成雙肢墻或多肢墻,可控制裂縫和屈服部位出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫和洞口連梁處，形成耗能機(jī)構(gòu)，同時(shí)使原剪力墻一分為二，剛度降低，避免發(fā)生剪切破壞和底部墻體過(guò)早屈服。
3、剪力墻的剛性連梁，其跨高比往往僅為 1 左右。而試驗(yàn)表明：當(dāng)連梁的跨高比為 5時(shí)，延性和耗能很好，連梁兩端相對(duì)豎向位移的延性系數(shù)都在 8 以上，滯回曲線也相當(dāng)飽滿；當(dāng)跨高比降至 1 時(shí)，延性系數(shù)則降至 3 左右，滯回曲線嚴(yán)重捏擾，耗能很小，最后彎剪破壞。因此，需要對(duì)它的組成和構(gòu)造采取一定措施。
措施之一是在1/2梁高的中性面上留一水平通縫，在縫的上、下兩側(cè)各埋置鋼板，鋼板上開(kāi)有橢圓形螺栓孔，用高強(qiáng)螺栓把兩鋼板連結(jié)。在豎載、風(fēng)載和小震下，高強(qiáng)螺栓把水平通縫分開(kāi)的兩部分連梁連結(jié)成整體工作，使連梁具有一定的"剛性"。在大震作用時(shí),兩鋼板發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，原來(lái)跨高比為 1 的剛性連梁將被分成兩根跨高比為 2 的小梁協(xié)同工作，試驗(yàn)表明, 這樣可使延性系數(shù)由原來(lái)的 3 提高為 10 左右。
NO4
提高框架的抗震性能
1、加強(qiáng)框架的角柱。角柱是連結(jié)縱橫框架的樞紐，要增加框架的空間整體性，就要加強(qiáng)角柱的抗剪性能。
2、沿周圈框架平面按 K 形支撐和 X 形支撐布置一定數(shù)量的鋼筋砼抗剪墻板或配筋砌塊抗剪墻板，能有效克服框架的剪力滯后現(xiàn)象，顯著提高框架的整體性和抗推剛度，減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，特別有利于減小層間側(cè)移。但這種結(jié)構(gòu)的延性較差，因此，可以在墻板上開(kāi)十字形結(jié)構(gòu)豎縫使之出現(xiàn)薄弱部位，形成延性耗能墻板。
3、設(shè)置偏交斜撐等贅余桿件，用彎曲耗能代替軸變耗能，其中折曲撐由鋼纖維砼桿制造，偏心連結(jié)支撐可用鋼桿或勁性鋼筋砼桿組成。在強(qiáng)烈地震作用下，一方面可利用這些贅余桿件的先期屈服和變形來(lái)耗散能量，另一方面當(dāng)贅余桿件破壞或退出工作后，使得結(jié)構(gòu)由一種穩(wěn)定體系過(guò)渡到另一種穩(wěn)定體系，引起結(jié)構(gòu)自振周期的改變，以避開(kāi)地震卓越周期的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。
NO5
采用新型復(fù)合材料節(jié)點(diǎn)
提高節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和延性僅靠增加箍筋效果并不顯著，而采用鋼纖維砼和勁性砼梁柱節(jié)點(diǎn)效果較好。由于勁性鋼材或鋼纖維與砼的共同工作，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)砼的受力性能特別是剪切變形大大改善，延性和耗能能力顯著提高，同時(shí)提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能：
1、實(shí)行機(jī)構(gòu)控制，實(shí)現(xiàn)總體屈服機(jī)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(duì)塑性鉸發(fā)生的區(qū)域、順序及塑性程度進(jìn)行控制，使得結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震時(shí)能形成最佳耗能機(jī)構(gòu)。在水平作用下，使水平構(gòu)件先于豎向構(gòu)件屈服，最后豎向構(gòu)件底部屈服。
2、使結(jié)構(gòu)的剛度和承載力相匹配。在框剪結(jié)構(gòu)中，如剪力墻數(shù)量多、厚度大，剛度自然也大，但會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期減小，總水平地震作用增大；反之剛度小，地震力也變小。所以，要根據(jù)建筑的重要性、裝修等級(jí)和設(shè)防烈度來(lái)綜合這一對(duì)矛盾，以確定出結(jié)構(gòu)的側(cè)移限值，從而定出抗震墻的數(shù)量、厚度，做到既安全又經(jīng)濟(jì)。
3、使結(jié)構(gòu)的剛度和延性相匹配。剪力墻和框架在剛度、彈性極限變形值和延性系數(shù)方面的差異使得框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能大打折扣，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)地發(fā)揮材料抗力而出現(xiàn)先后破壞被各個(gè)擊破的情況，大大降低了結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的利用效率和整體的抗震可靠度。所以，協(xié)調(diào)各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度和延性相匹配是工程設(shè)計(jì)中的一條重要抗震設(shè)計(jì)原則。
NO6
剪力墻和框架同步工作的途徑
為了能夠使剪力墻和框架同步工作，可采用：帶豎縫剪力墻。豎縫剪力墻在水平力作用下所產(chǎn)生的側(cè)移，不再是以墻體的剪切變形為主而是以并列柱的彎曲變形為主，原來(lái)墻面上的斜向裂縫被并列小柱上、下端的水平裂縫代替。由于剪力墻的力學(xué)性能由剪切轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢�，彈性極限側(cè)移值加大，延性改善，彈塑性耗能增加，避免了普通抗震墻斜裂縫出現(xiàn)后的剛度嚴(yán)重退化。采用較好的延性偏交支撐，主要構(gòu)造是交叉直撐的交叉點(diǎn)處用拼接板、高強(qiáng)螺栓與阻尼材料組成，在小震時(shí)，叉點(diǎn)處提供足夠的強(qiáng)度和剛度，像普通直撐那樣工作。在強(qiáng)震時(shí)，上撐與下?lián)?(或左撐與右撐 )之間可相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致剛度大大下降，可提高剪力墻和框架之間的協(xié)同工作能力。
NO7框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與計(jì)算
在現(xiàn)行規(guī)范的抗震分析中采用協(xié)同工作計(jì)算法，即采用框架彈性剛度和剪力墻彈性剛度組成并聯(lián)體結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算出結(jié)構(gòu)彈性自振周期，按眾值烈度計(jì)算彈性地震作用，并將按彈性剛度比值分配給框架和剪力墻。該計(jì)算方法不能反映出因剪力墻開(kāi)裂、剛度在局部發(fā)生突變而引起墻體轉(zhuǎn)動(dòng)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)內(nèi)力重分布，這樣顯然與實(shí)際情況有誤差。
NO8框剪結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的調(diào)整
1.在整體按彈性方法計(jì)算的基礎(chǔ)上，允許個(gè)別構(gòu)件、個(gè)別部位按彈塑性性質(zhì)對(duì)剛度進(jìn)行調(diào)整，也允許局部考慮塑性內(nèi)力重分布進(jìn)行計(jì)算。
2.據(jù)空間有限元程序分析結(jié)果：受拉墻肢剛度退化后，實(shí)際受壓墻肢承受了 90%的總剪力而受拉墻肢僅承受了 10%，墻肢受剪嚴(yán)重不均勻。為此對(duì)于一、二級(jí)抗震墻，受壓墻肢的設(shè)計(jì)彎矩和剪力應(yīng)乘以1.25，而受拉墻肢可降低 10～20%。
3.加強(qiáng)連梁是改善墻肢應(yīng)力分配不均的有效途徑。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，使連梁能夠向各片墻肢傳遞更多軸向力，讓各墻肢盡可能地平均分擔(dān)重力而避免出現(xiàn)某墻肢全截面受拉的情況，從而也改善了墻肢承受剪力不均的狀況。
NO9
框剪結(jié)構(gòu)對(duì)連梁的設(shè)計(jì)要求
1、控制連梁端部的剪應(yīng)力不大于 0.15%，以保證連梁具有足夠的截面和抗剪能力。
2、連梁的剪跨比不應(yīng)小于1.0，當(dāng)剪跨比過(guò)小時(shí)可用水平縫將連梁分隔成兩根等高連梁。
3、根據(jù)梁端實(shí)際抗彎配筋量并考慮鋼筋超強(qiáng)效應(yīng)的條件，使連梁的受剪承載力大于受彎承載力。
4.調(diào)整框架的剪力
(1)為了承受由于剪力墻開(kāi)裂剛度降低而轉(zhuǎn)移給框架的剪力，并保證框架作為二道防線應(yīng)具備一定受剪承載力儲(chǔ)備，在按剪力墻框架協(xié)同工作分析所分配的剪力基礎(chǔ)上，再對(duì)框架剪力進(jìn)行調(diào)整。
(2)空間有限元程序動(dòng)力分析結(jié)果顯示：框剪結(jié)構(gòu)最大層間相對(duì)位移多發(fā)生在 0.4H～0.8H 之間，根據(jù)結(jié)構(gòu)中框架的受力特點(diǎn)，對(duì) 0.4H 以上部分的框架適當(dāng)提高抗剪承載力及延性。
