浅谈框架剪力墙结构设计

LCHNOt．00YINFOf-．IMA『ION 浅谈框架一剪力墙结构 摘要：本文主要阐述了框剪结构的变形及受力特点． 关键词：框剪结构 抗震性 中图分类号；TIJl 文献标识码：A 1框剪结构的变形及受力特点 1．1变形特点 在水平倚载作用下。框架结构的侧向变形 曲线以剪切型为主，而剪力墙的变形则以弯曲 型为丰。由于两者是受力性能不同的两种结 构，因而两者之l’Hl需要通过楼板的协同T作。 由于楼板平面内刚度很大(计算中假定为无限 刚性)，因此在同一楼板处必有相同的位移，这 就形成了框架一剪力墙结构特有的变形曲线， 呈反S形的弯剪型变形曲线。框架下部位移 增长迅速，上部增长较慢，剪力墙则与之相反。 在框架一剪力墙结构下部，侧移较小的剪力墙 对框架提供帮助，墙把框架向左边拉，框架一 剪力墙的侧移比框架单独侧移小，比剪力墙单 独侧移大；而上郛，框架义可以对剪力墙提供支 持，即框架把墙向危边推，兵侧移比框架单独侧 移大，比剪力墙单独侧移小。最终框架剪 力墙结构的侧移大大减小，且使框架和剪力墙 中内力分布更趋合理。 '．2受力特点 剪力墙的侧移刚度远大于框架，因此剪力 墙分配到的剪力也将远大于框架。由于}：述 变形的协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力 分布沿高度在不断调整。框架结构在水平力 作用下，框架与剪力墙之问楼层剪力的分配比 例和框架备楼层剪力分布情况随着楼层所处高 度而变化，与结构刚度特征值入直接相关。 框剪结构中的框架底部剪力为零，剪力控制部 位在房屋高度的中部甚至在}：部，而纯框架最 大剪力在底郜。因此，当实际布置有剪力墙 (如：楼梯间墙、电梯井道墙．设备管道井墙等) 的框架结构，必须按框架结构协同下作计算内 力，不庇简单按纯框架，否日0不能保证框架 部分上部楼层构件的安全。 2框剪结构布置的—般原则 框架 剪力墙结构体系结构布置除应符 合其各自的相关规则外，其框架和剪力墙的布 置还应满足下列要求。 ①框架一剪力墙结构应设计成双向抗侧 力体系，主体结构构件之问不宜采用铰接。 抗震设计时，两主轴方向均应布置剪力 墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架 的梁与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的 I／4。 ②框架一剪力墙结构中剪力墙的布置一 般按照“均匀、对称、分散，周边”的原则布 置。 剪力墙宜均匀对称地布置在建筑物的周边 附近、楼电梯间，平面形状变化及恒载较大的 部位；在伸缩缝．沉降缝、防震缝两侧不宜同 时设置剪力墙。 平面形状凹凸较大时。宜在凸出部分的端 胡纯杰 (广东南海) 建筑科学 布置原则。并针对框剪结构提出了诸多改善抗震性能的措施和谩计方法。 文章编号：I672--379I(2008)06(b)一0068一ol 部附近布置剪力墙。 剪力墙布置时，如因建筑使用需要。纵向或 横向一个方向无法设置剪力墙时，该方向可采 用壁式框架或支撑等抗侧力构件，但是，两方向 在水平力作用下的{Z移值应接近。壁式框架的 抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。 剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度 宜接近，艮度较长的剪力墙育设置洞口羊¨连梁 形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢 长度不宜大1二8m。每段剪力墙底郝承担水平 力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的 40％。 纵向剪力墙宣布置在结构单元的中间区段 内。房屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布 置纵向剪力墙，否则在平面中适当部位应设置 施工后浇带以减少混凝上硬化过程中的收缩应 力影响，同时应加强屋面保温以减少温度变化 产生的影响。 楼梯fHl、竖井等造成连续楼层开洞时，宦 在洞边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结 构结合，不宜孤立地布置在单片抗侧力结构或 柱网以外的中f．日J部分。 剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚 度的要求，否则应考虑楼盖平面变形的影响。 ④框架～剪力墙结构中的剪力墙，宜设计 成周边有梁柱(或暗梁拄)的带边框剪力墙。纵 横向相邻剪力墙宜连接征一起形成L形，T形 及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。 ④在长矩形平面或平面有一项较长的建筑 中，其剪力墙的布置宜符合下列要求： 横向剪力墙沿长方向的间距宜满足表4- 18的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开 洞时，剪力墙的间距应予减小。 纵向剪力墙不宦集中布置在两尽端。 ⑤剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的 厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。当剪力墙不 能全部贯通时。相邻楼层刚度的减弱不宵犬于 30％．在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的 要求加强构造措施。 3框剪结构抗震性能的改善 框剪结构兼具r框架布黄灵活、延性好 和剪力墙刚度大的优点，凶此框剪结构足一种 抗剪性能较好的结构体系。但由于剪力墙和框 架的层间位移角弹性极限值相差很远，抗震性 能较差，改善框剪结构的抗震性能就显得尤为 必要。 3．1提高剪力墙的抗震性能 3．1．1将剪力墙做成四周有梁柱的带边 框墙 边框(明框和暗框)可阻止斜裂缝向相邻发 展．还可在墙板破坏后作承重构件代替墙饭承 重且有一定延性。边框应具有足够的斜截面受 68科黼SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATION 剪承载力，以承担因墙身通裂对边框梁桂引起 的附加剪力。 3．1．2控制每肢墙的高宽比 必要时可设结构洞u或结构竖缝使变成双 肢墙或多肢墙，可控制裂缝和屈服部位f【}{现在 结构竖缝和洞口连梁处，形成耗能机构，同时使 原剪力墙-一分为■，刚度降低，避免发七剪切破 坏和底部墙体过早属服。 3．2提高框架的抗震性能 ①加强框架的角柱。角柱是连结纵横框 架的枢纽．要增加框架的空间整体性，就要加强 角柱的抗剪性能。 ②沿周嘲框架平面按K形吏撑和X形支 撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板或配筋砌块 抗剪墙板，能有效克服框架的剪，b滞后现象，显 著提高框架的整体性和抗推刚度，减少结构的 整体侧移，特别有利LF减小层闻侧移。但这 种结构的延性较差，因此，可以在墙板上开f‘字 形结构竖缝使之出现薄弱部位，形成延性耗能 墙板。 ③设置偏交斜撑等赘余杆件，用弯曲耗能 代替轴变耗能，其中折曲撑由钢纤维砼杆制造， 偏心连结支撵可用钢杆或劲性钢筋砼杆组成。 3．3提高整体结构的抗震性能 3．3．1突行机构控制，实现总体屈服机制 在结构的特定住置设置一定数量的人工塑 性铰．对塑性铰发生的区域，顺序眨埋性程 度进行控制，使得结构在强震时能形成最佳耗 能机构。存水平作用下。使水‘{￡构件先1二竖 向构件屈服，最后竖向构件膝部屈服。 3．3．2使结构的刚度和承载力相匹配 在框剪结构中，如剪力墙数量多、厚度大， 刚度自然也夫，但会导致结构自振周期减小，总 水平地震作用增大；反之刚度小，地震力也变 小。 3．3．3使结构的刚度和延性相匹配 剪力墙和框架在刚度、弹性极限变形值和 延性系数方面的差异使得框剪结构的抗震性能 大打折扣，造成各构件1；能同步协调地发挥材 料抗力而出现先后破坏被各个击破的情况．大 大降低了结构中各构件的利用效率和整体的抗 震可靠度。 4结语 在框架结构中加设适量的剪力墙，二者通 过楼盖协同1=作，以满足建筑物的抗侧要求，从 而组成框架一剪力墙结构体系。在框架中局 部增加剪力墙可以在对建筑物的使用功能影响 不大的情况下，使结构的抗侧刚度和承载力都 有明显提高，所以这种结构体系兼有框架和剪 力墙结构的优点，是一种适用性很广的结构形 式。 浅谈框架-剪力墙结构设计 作者： 胡纯杰 作者单位： 广东南海 刊名： 科技资讯 英文刊名： SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： 2008，(17) 引用次数： 0次 相似文献(10条) 1.学位论文 刘航 底层框剪结构多层砖房新型结构的抗震性能研究 1997 该文提出了钢筋混凝土低剪力墙和劲性钢筋混凝土低剪力墙的抗剪承载力计算方法,对于钢筋混凝土低剪力墙抗剪承载力的计算,不仅考虑了混 凝土、墙板水平分布钢筋和作用在剪力墙上的轴向力的作用,而且还考虑了墙板竖向分布钢筋(包括边框柱纵向钢筋)的作用以及剪跨比的影响.对于劲性 钢筋混凝土低剪力墙的抗剪承载力计算公式,采用了钢筋混凝土低剪力墙抗剪承力力与型钢骨架对承载力的提高作用相叠加的方法,物理概念明确,并能与 钢筋混凝土低剪力墙的抗剪承载力计算公式相协调,形成一个统一的计算体系.建议的计算公式的计算值与试验结果符合良好.为了解底层框剪结构多层砖 房在底层采用劲性钢筋混凝土低剪力墙后的抗震性能,该文进行了两榀底层框剪结构多层砖房模型按地震波形加载的拟静力时程分析通用程序,并用该程 序对底层框剪结构多砖房进行了弹塑性动力分析,研究了这类房屋在地震作用下的动力响应及影响其抗震性能的各种因素.最后,在上述试验研究和理论分 析的基础上,提出了底层框剪结构多层砖房的抗震设计建议,可供工程设计和编制有关的、规程参考. 2.期刊论文 李汝瑾 安徽水利大厦结构设计 -安徽建筑2001,8(2) 介绍了安徽水利大厦工程概况,结构布置受力分析以及强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱联接等概念设计在高层建筑设计中的应用. 3.会议论文 周帅.雷宏刚 钢筋混凝土框剪结构钢结构加层抗震性能分析 2009 采用钢结构加层后,结构的整体质量、刚度、周期、阻尼比等都发生较大的变化.仅对加层部分结构进行计算分析是不安全的,应进行结构的整体分析 .本文采用有限元软件MIDAS.对某八层钢筋混凝土框架一剪力墙结构顶部加四层钢结构的抗震性能进行了反应谱分析和时程分析.计算可见建筑物刚度突 变的楼层为薄弱层,需特别重视；应注意地震作用下的结构整体性能分析.由于加层后结构周期加长,整体结构的底层层剪力变化较小。而且加层设计的同 时应进行抗震加固验算,并结合实际工程的需要进行整体结构的抗震加固设计。 4.期刊论文 刘志海.liu Zhihai 成都农资交易中心主楼结构设计 -四川林勘设计1999(3) 本文介绍农资交易中心大楼工程的结构、主楼基础设计、结构受力分析以及强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱锚固等概念设计在高层建筑设计中的应 用.工程采用轻质墙体材料,高强混凝土技术等,取得明显的质量、经济效益. 5.学位论文 李文杰 考虑分布塑性的纤维模型在框剪结构Pushover分析中的应用 2004 在国内外已有的钢筋混凝土结构弹塑性分析的基础上,该文以实现框剪结构的Pushover分析为目标,提出了一种以纤维模型来模拟梁、柱、剪力墙的 轴向—弯曲变形并引入非线性剪切弹簧或剪切铰来模拟其剪切特性的处理方法,以更为真实地模拟构件在受力后的分布塑性.到目前为止,纤维模型只见于 框架结构的弹塑性分析,还未见到将其应用到框剪结构中.该论文的主要工作是将这种纤维模型进行完善,增加了反映构件剪切变形影响的剪切弹簧并将该 模型以C++语言程序化,实现了框剪结构的Pushover分析程序,并通过大量的算例,验证了分析程序的正确性.根据基于性能抗震设计中以量化的位移设计指 标来控制建筑结构的抗震性能水平的思想,该文结合美国SEAOC、ATC和FEMA三大研究机构总结的以结构顶点位移划分性能水准与国内新颁布的《建筑抗震 设计规范》中所规定的小震下的弹性层间位移角限值和大震下弹塑性层间位移角限制两个水准,以该文所开发的框剪结构Pushover分析程序SNAP-2D为工 具,通过算例讨论了框架—剪力墙结构在地震作用下剪力墙和框架两道防线弹塑性反应及两者的相互影响,研究考虑各性能水准目标下结构的强度、变形 特征及破坏形式;对框剪结构在各级地震作用下,框架和剪力墙刚度在不同水平阶段刚度退化的历程进行分析,得出了有重要意义的结论.最后,根据分析结 果对结构抗震设计提出相应的建议. 6.期刊论文 谷野.GU Ye 框架、框剪结构中填充墙与主体结构的连接方法探讨 -房材与应用2005,33(3) 系统介绍了框架、框剪结构中填充墙与主体的刚性连接的利弊,以提高结构的抗震性. 7.期刊论文 贺锐波.韩小雷.陈勇.季静.HE Ruibo.HAN Xiaolei.CHEN Yong.JI Jing 框架倾覆弯矩比例对框架-剪 力墙结构抗震性能的影响 -华南地震2009,29(2) 为研究不同框架倾覆弯矩比例的框剪结构抗震性能的差异,按现行中国规范设计了6个框剪结构模型,运用IDARC程序对其进行7度大震下弹塑性时程分 析和比较,并进行基于性能的抗震评估.结果表明:按中国规范设计的超过框架结构最大适用高度且在基本振型地震作用下框架倾覆弯矩比例达60%的框剪 结构,在7度大震下抗震性能能够得到保证;相对于框架倾覆弯矩比例小于50%的框剪结构,其抗震性能没有明显下降. 8.学位论文 杨勇 高层框剪结构地震时程反应三维有限元分析 2004 本文结合一结构布置复杂的高层钢筋混凝土框—剪结构的有限元静力和动力分析，对这种高层建筑结构的动力特性及地震时的受力情况作了具体的 研究分析。旨在对这种结构从概念上有更深刻的认识和了解，为设计提供依据，并为进一步的研究工作打下基础。 对计算出的振型进行分析，着 重分析其中扭转振型和高阶振型的影响。用大型有限元分析程序ANSYS对结构进行空间有限元静力分析、时程分析。研究结构在地震作用下的反应。通过 对计算结果的处理，较为直观地反映了该结构的受力和变形情况。由于结构布置复杂，因此计算时按弹性楼板考虑。计算输入3种地震波时顶层水平位移 时程曲线、加速度时程曲线、水平位移沿楼高的分布曲线以及层间位移角角沿楼高的变化曲线等。结果表明，利用ANSYS软件建立三维模型，进行地震反 应分析是可行的，并能得到较高的精度。通过对双向地震与单向地震作用下的结构平扭耦联地震反应分析对比，表明双向地震作用对高层建筑结构抗震 更为不利。与《建筑抗震设计规范》所强调的：质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑双向地震作用下的扭转影响的结论一致。做了洞口处包 钢和不包钢的对比分析，洞口处包钢能有力的得提高结构的抗震性能。 9.期刊论文 缪志伟.陆新征.叶列平.姚震宇.MIAO Zhi-wei.LU Xing-zheng.YE Lie-ping.YAO Zhen-yu 高强配筋剪 力墙框剪结构的地震行为研究 -华中科技大学学报（城市科学版）2007,24(4) 在框剪结构的剪力墙中配置高强钢筋可以显著提高其安全储备,使剪力墙在框架之后屈服,并改变地震剪力的分配规律.本文利用MSC.Marc 2005以及 清华大学在MSC.Marc基础上开发的混凝土纤维模型程序THUFIBER和适用于剪力墙结构非线性分析的分层壳墙单元模型,对高强配筋及普通配筋的两个8层 钢筋混凝土框剪结构进行了静力推覆分析和三种实际地震波作用下的动力时程分析,重点研究了高强钢筋对框剪结构抗震性能控制的效果.研究结果表明 ,剪力墙中采用高强钢筋配筋后,改变了剪力墙和框架的刚度退化规律,提高了剪力墙的屈服强度,且同时具有较好的极限变形能力,可以有效提高整个结构 的安全储备,对结构抗震是有利的. 10.学位论文 方德平 剪力墙中断的高层框——剪结构抗震性能分析与工程应用 2007 在高层建筑实际设计中，经常遇到这种情况，在结构上部，由于建筑功能的要求或其他原因，要减少剪力墙的尺寸，甚至完全取消。这种断层剪力 墙的高层框架-剪力墙结构(简称框-剪结构)是一种新型的高层结构，其特点是采用断层剪力墙来满足现代高层建筑使用功能的要求。剪力墙的变形曲线 为悬臂梁型，而框架的变形曲线为剪切型。下部的剪力墙可减少下部框架的内力；而上部的剪力墙则增加上部框架的内力。中断上部剪力墙，减轻上部 框架的内力，有其合理性。所以，从力学上来讲，全高剪力墙并不一定是必要的。针对框-剪结构协同工作的受力变形特点，先探讨了框-剪结构中中断 部分剪力墙的合理性，提出了可中断剪力墙高度的3个条件： ①剪力墙中断的框-剪结构的顶点侧移不应大于全高剪力墙框-剪结构的顶点侧移； ②剪力墙中断以上框架部分的层间位移角不应大于1.45倍全高剪力墙时的最大层间位移角，因为建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定：框架弹性 层间位移角，而框-剪的，两者比值为1.45； ③剪力墙中断以上的框架部分所承受的楼层地震剪力不应大于全高剪力墙时框架部分所承受最大楼层 地震剪力的倍，为剪力墙中断以上部分的框架柱数与全高剪力墙时框架柱数的比值。 构造了简明的层单元，一层框-剪结构可只用一个层单元来模 拟。应用两种模型：层单元模型、杆系-层模型，采用振型分解反应谱法，分析不同高度和结构刚度特征值的断层剪力墙框-剪结构的地震反应，两种模 型给出相近的计算结果。根据可中断剪力墙的高度的3个条件，计算表明：随着刚度特征值的增加，可中断剪力墙的高度随之增加，给出了两者之间的表 达式；结构高度对中断剪力墙高度的影响较小。 基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系，建立了考虑杆件效应和剪切变形，且能分析框架极 限状态的非线性有限元法。提出了改进能力谱法，定义了砼框架结构唯一的延性系数，确定Pushover曲线的极限状态点为性能点，通过性能点位于由延 性系数所折减的非弹性需求谱曲线上的条件，求出框架所能抵抗的最大地震加速度，评估框架的抗震性能。兼顾承载能力，得出相对受压区高度 0.25～0.35，轴压比0.6～0.8的框架，具有较好的抗震性能。 根据所提出的非线性有限元法，将剪力墙当作特别杆单元，对不同高度、配筋、轴 压比和刚度特征值的中断剪力墙的框-剪结构进行了极限状态弹塑性分析。根据可中断剪力墙的高度的3个条件，计算表明：相对高度值与配筋和轴压比 无关；与结构高度关系较小；随着刚度特征值的增加，相对高度值随之增加，并给出了两者之间的表达式。 Wilson-θ法分为加速度未经过和经过 动力平衡方程修正的Wilson -θ①法和Wilson -θ②法；推导了单自由度体系的Wilson -θ①、②法的状态传递算子，由传递算子的谱半径来判断 Wilson -θ①、②法的稳定性。Wilson -θ①法的稳定性是无条件的。计算结果表明：Wilson -θ②法的稳定性不是无条件的；并给出了Wilson - θ②法的稳定范围。修正了一些文献中的一个错误：认为Wilson -θ①、②法都是无条件稳定的。 用杆系-层模型和Wilson -θ①法，以及EL Centro地震记录，分析不同高度和结构刚度特征值的断层剪力墙的框-剪结构地震反应。根据可中断剪力墙的高度的3个条件，计算表明：随着刚度特征 值的增加，可中断剪力墙的高度随之增加，给出了两者之间的表达式；结构高度对中断剪力墙高度的影响较小。动力时程分析的结果与层单元模型、杆 系-层模型和极限状态弹塑性分析结果相近。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjzx200817058.aspx 下载时间：2010年4月29日