浅谈框架-剪力墙结构的抗震设计要点

浅谈框架—剪力墙结构的抗震设计要点摘要:随着人口增加，按照人类的生活需要，涌现出许多高层建筑。随着2008年5.12汶川地震等自然灾害的发生，人们在建筑物抗震稳定性方面更加重视且要求更高。在四川、云南等抗震设防等级较高的地方，普通框架结构建筑难以满足抗震设计要求,而框架—剪力墙结构在抗震作用中是一种较好的设计类型，本文针对一般高层框剪结构的抗震设计要点进行分析。关键词：高层建筑;框剪结构;抗震设计词Abstra填ct跑：疲Along盟witht告heinc萍rease转ofpop辆ulatio耐n缠,many装high-r软isebu惯ilding榆shave恢been胳emerge锦dina萌ccorda找ncewi碑ththe管needs动ofhu屯manli擦fe.Aft赶erthe急2008.次5.12W并enChua傻nEart絮hquake增ando顽thern券atural无disas绩ters,p逗eople峰attach行edgre先atimp熔ortanc城eint陡hesei值smics的tabili钞tyof得buildi亚ngand锯putf板orward过more蝶demand诊ing.In欧sichu董an,yu拖nnanp租rovinc肿ewher助eseis长micfo沿rtific脂ation确level吧ishig申her,a判ordina驴ryfra节mestr嗓ucture渔build照ingca颈nnote慨asyto螺meet绑there旁quirem足entof凑seism衫icdes花ign,b特utthe嗽frame智-shear薄wall夹struct膜ureis杜apre罪ferabl尝etype滨ofse很ismic砖fortif岭icatio丈n.This毕paper复makes田anan景alysis斩ofth最ekey梨point茂ofsei仓smicd萝esign鸡ofthe谷gener简alhig炼h-rise声frame串-shear坊wall对struct缎ur钳e爪。舱Keywo顺rds奋:high-盾riseb则uildin透gs;the常frame年-shear吴wall司struct到ure;se落ismic的design前言克近些年来，全出国各地多发的休地震灾害，不标断的警示着人国们地震灾害本走身并不可怕，抹但是在地震中户因为未采取抗象震措施而坍塌纲的建筑物才是毛给人类带来最抱多痛苦和灾难木的原因。国踢内惭大城市有近朗2/3配处于地震区，悲但是在我国的额地震区内，有搅很大一部分的卡建筑物没有考潜虑抗震设防，统还有一部分虽抵然考虑了抗震收设防，但是列原有建筑物中件建筑材料的老肺龄化，以及使胀用援时间过长致使卧结构功能的逐经渐减弱拜，并不能满足胸现有抗震设防坐的要求极。所以无论在态建筑物最初设桶还是现有建筑体物进行检测、钥鉴定，建筑都愤有需要进行或江多或少的抗震采加固处理的可仁能性。剪所勾以犹建筑结构抗震煌稳定性具有极欠高的研究价值镜，作为建筑行灿业的从业者更砍应当引起重视盒，视之为己任逝。甲本文就具有较旋好抗震能力的茧框似架淋-植剪力墙趟结构去（简称框剪结茂构）进行分析斤。巨在进行府结构向设计时，啊如何控制好框驴架和剪力墙的罚刚度差异，使排其构成为训协调背统一的整体疯，玉即司框架和剪力墙宗的布置界，加固措施衫等多方面探讨搬，以期匠获得更好的抗族震效果扇，防止建筑物栗的倾覆蚀。圾最后还简单介忧绍了一些能在叼框剪结构运用壤的抗震技术。框剪结构概述课1.捧1基基本设计原则五整体帐结构构件应遵奶守旺“紫强柱弱梁、强柴剪弱弯、强节估点弱构件、强竖底层柱（墙斥）新”弊的原则。主要饰耗能构件酷不能是爱承受竖向荷载趴的主要构件。顷在同一层楼内躲主要耗能构件梯屈服后依然能针够保证其它抗播侧力构件处于纺弹性阶段，湿使倍“览有效屈腹服抢”只保持较长阶段轧，提高结构抗灭倒塌能力。傲强烈地震往往贫伴随着许多次毫余震，尽可能阴设计多道防线联，以免出现损梯失积累。有意梨识的设计一系令列屈服区域，郑该部分主要耗钳能构件延性和瓦刚度均要满足喘要求，使之吸富收和消耗地震佩能量，提高建友筑物抗震性能继，避免倒塌。锋抗震结构体系物中不能出现刚明度过强的部分浓，而各部分构妹件间应当由延钥性较好的结构焦构件连接，才贼能使结构整体逝协同作用，不逼至于先后破坏堤的情况出现。著对于较薄弱环循节应当适当采猴取加强措施，黄使之有足够变夜形能力又不会新发生薄弱层转吩移。摊1.置2歌框剪结构变形浆形式北纯框架结构侧简向刚度小，而距地震作用力主撕要是横向荷载碌。在地震荷载描作用下框架结谁构产生的侧移语较大，尤其是个底部层间位移嚼大，难以满足眠国家抗震设计循规范规定的弹申性层间位移角锈限值变[1]漂。背在地震犯水平荷载作用狗下，油框架枕结构具冲有一定的侧向调刚度，聚能雄承受了一定的姐水平荷载作用芽，其变形曲线火形成剪切型式铁，最大水平位刺移发生在建筑墓物底层。同样妈在水平力作用耗下，剪力墙袋相当于一段固要结在地面的宪竖向悬臂结构棋，盟承受水平荷载率时粮其变形曲线呈丝弯曲型，楼层声越高水平位移理增长速度越快脾，劫顶点督为最大武水平位移四。版在抗震设防等讨级较高的地区束，仅仅依靠框幸架结构自身的环侧向刚度承受宜地震水平荷载形，难免会出园现榴“寸肥梁胖予柱寸”屈的现象，这样旋的结构设计既榆影响建筑的空恰间灵活性，同芹时又造成造价冰成本的浪费。蝶而悦当两者胆协调作用于同裤一汽结构体系中时粗，那通过播楼板破连接使得袍框架、剪力墙酱和谐的整合在顶一起，互相弥惑补各自的劣势唤，聋使得框架、剪务力墙的变形形椒态寿呈现出粥弯剪型变形，绘其最大层间位误移在结构的中肿部。刊这样的框架设苗计形式，在地禁震中，整体建哭筑物中底层剪渠力墙会承脊担涂80因%屡以上水平向剪泄力资[盾2崇]毁，以弯曲代替俊框架的剪切消迁耗地震能量，纽在高层中由框叶架作为抗侧力催构件吸收剩余献地震能量。下赌图为框剪结构龟结构变形形态挽示意图惹[贿3链]唐：训框剪结构结构池变形形态示意炊图季由上图可以看参出，框法剪猾结构变形中框习架与剪力墙对表结构的抗侧刚下度的贡献是由挡高度来决定的距。因此在框架勇抗震设计中需刘要考虑的一个饶因素即为剪力坦墙的中断问题悠。从1.奔3忍框剪结构设计茎参数编目前大部分论是文中均提出应汉用刚度特性值览λ衣，及框架刚度须和剪力墙刚度零的比值来代表留。在忽略连梁争的约束变形和柳轴向变形情况烦下，以如下公沾式表达森[宪2梳]桑：产式中教：木H碧—栏建筑的总高程慈C掘f心—络框架结构的水敏平刚度鹰EI撕W穗—赌剪力墙的折算详总抗侧刚度沾框剪结构刚度输特性值是控制辆框架结构中剪妻力墙使用量的孩一个参数。当垒λ繁太小时竞，蛙说明剪力墙使艘用过量，造成件建筑物整体刚耀度过大，而延差性较差。剪力闲墙并非越多越燃利于抗震，当征剪力墙过多时尘，自振周期变衬大，会吸收更恐多的地震能量跳，不利于建筑基物的稳定。同兴时剪力墙过多浪还造成造价成芬本上的经济损独失。可见剪力用墙的数量应当峡处于一个合理而的限度。当然黎当碍λ家太大时，剪力弃墙数量不足，孤失去了框剪结截构设计的初衷晋，为保证抗震竭要求会造成框您架柱横截面增昼大，同样造成灰材料浪费经济俗损失。根据实哲践证明平，斧λ偏值控制碑在摘1.1熄5顽和选2.脖4坡之间较为合理绸[4]膊。拔此外，框架结正构桶的考“驾墙股率译”瞒（刺指楼层剪力墙泊的截面面积占偶楼层总面积的赚比率袭）胀和访“击壁疾率单”遍（电平均每单位建易筑面积上的剪趋力墙长度砖）也可以帮助半我们衡量框剪烤结构中剪力墙栽数量是否合理止。鼻剪力墙抗震设吊计前2.伪1客剪力墙布置利剪力墙的位置贼，截面尺寸，源数量，形状都闻会影响剪力墙轿自身的刚度，堆而剪力墙刚度妈则对框剪结构息整体抗侧力刚秤度起到决定性域作用。前面已青经讲到了剪力鲜墙数量的影响鸡，而另外一个润主要影响因素森即为剪力墙的逼布置位置。象剪力墙布置的炉原则可以总结攀为：规则，对备称，均匀，分减散，周边多布泼，中间少布。应根据《出高层建筑混凝还土结构技术规译程迁》，抚《建筑抗震设革计规范庙》沾GB5001送1-2010邪等，均有对于料框剪结构中剪议力墙布置的规榜定，这里不一咐一赘述。但在慢设计参考时，湿实际中最需要高把握的为以下没几点要求：牢均匀性：剪力蓬墙一般布置在书建筑物的外墙歪，电梯间，楼跑梯间，要纵横晓向均布置剪力游墙，并保持各野主要轴向的刚匆度接近，以提茂高建筑物的刚猛度。炉分散性：地震兆中考虑地震力川分散到多片刚陪度相似的剪力鉴墙，而非集中全在一个较小区把域去消耗地震崇能量。寻对称性：剪力倡墙布置尽量使波结构的刚度中国心尽量与质量贫中心相接近，从缩小偏心距，怖以减弱地震时仰结构的扭转振灿动静。始2.剖2塑剪力墙加固措养施门剪力墙设计中哥周边增加设置概梁柱结构，形些成边框剪力墙胀[5]旗。与梁柱交接缺处需要增设螺管旋筋。首先可阻阻止斜向裂缝谱向邻近结构的夕扩展，另外也核可以在剪力墙脏破坏后代替其坏承载。浙单片剪力墙不德易过长，利用恼洞口将剪力墙坐划分成双肢或齐者多肢，可以宇降低自身刚度蚂，避免地震中拖底部墙体过早匀屈服。同时还酸可以控制裂缝匪和屈服部位出挺现的位置，形俩成一个耗能构唇件。扭但是注意避免斜墙肢长度突变率和洞口上下没泻对齐的情况出撕现。卖当剪力墙承载践力或者刚度不问足，可在剪力予墙外围加钢筋惹，再浇筑混凝肯土将原剪力墙层厚度增大，以虾达到加固的目酬的。但是需要扔注意其对相关宰梁、柱的影响灿和相邻楼层刚恒度的影响，应亡避免形成新的忘薄弱层。倍剪力墙本身的稼缺陷之一为自谁重大，自振周幻期短，材料用喜量增加。对于腐短肢剪力墙，凤墙体间的洞口陶不安装门窗，喘一定要用砖或柄其他轻质材料扶填充，以减轻鸦结构自重。阳若建筑物存在辽层高变化的问忠题，设置底部润加固措施会引东起竖向受力和扫刚度变化，形泪成薄弱层。对三于此可以考虑妙通过沿高度调批整剪力墙的厚服度和混凝土强缎度等级的方法谁，并进行反复艰试算以达到整望体刚度均匀变然化。雹2.勤3紫剪力墙设置合仔理性验算弹剪力墙结构的影布置合理性，笑显然不仅仅是犯以满足司弹性层间位移摊角限值作为唯威一衡量标准。己首先应合理选职择周期范围，犯第一，二、三白周期分别代表程X免方绣向盗,赛Y环方向及扭转周曲期舍,叫范围参数值根办据雨《全国民用建香筑工程设计技慰术措施》陷作参考，范围膜内以掀周期长一点为督佳断，根据具体情长况可超出范围挥作相应的调整堂。倾另外规范要求昨的剪重比也是呆衡量剪力墙构叔件抗侧力刚度晒的一项参数。完还可以计算结望构底层的剪力税来验证剪力墙慰的布置，这点衔同样需要在框列架结构中进行阁验算。盆框架构件的抗遮震设计供3.押1形框架结构的布侧置弄在高层建筑中们，框架结构的避布置原则已经浴在实践中和理孟论中均得到较附多的总结：一派般规则归纳运为种“祝强柱弱梁铅”父，框“磁强剪弱烤弯潮”蓝，替“盛强节点弱构件猜”宅。当然超高层卧建筑拘泥于这踩种一般原则不扣一定是合理的庭，这里不做讨陕论挨。旺“痰强柱弱扒梁许”爹简单说梁的破沿坏属于局部构含件破坏，柱的泊破坏则会危及栽整个建筑物甚颤至导致坍塌演。小“莲强剪弱朽弯核”恒则是说尽量使具构件先发生弯挽曲延性破坏再储发生剪切破坏痛，因为剪切破注坏是脆性破坏欲，无法预见，虎瞬时发生，无叔法预防。造“锐强节点弱构件红”盏即节点的承载笔力应高于连接害构件，因节点衡失效意味着与套之相连的梁与组柱都失效。愁对于具体抗震容构造要求可参晶考巨《建筑抗震设溪计规范并》楼GB5001注1-2010披。拜对于梁，截面嗽尺寸要保证不厅发生生斜裂缝甲破坏、斜压型吴脆性破坏。配罩筋率应保证梁闸的变形能力，府箍筋的间距则收关系到压筋是净否会过早屈服南。在较强地震尿作用过程中，卷纵筋可能处于湖交替拉、压状佳态下，根据试栏验结果，这时间钢筋与其周围话混凝土的粘结决锚固性能将比晶单纯受拉时不灵利。四对于柱，合理言的截面尺寸和脉轴压比均是要逝保证结构的延态性。纵向钢筋疯对称配置，绑瘦扎接头应避开腾柱端的箍筋加百密区。在地震碑力反复作用下轨，柱端箍筋保酬护层往往首先干碎落，若无足角够箍筋束缚，循难以对核心混推凝土起有效约哲束作用，提高粉配筋率可显著刃提升受压混凝罗土的极限压应探变。因3.先2淡框架的加固措产施握本文所讨论的华在框架结构中终，在外围设置积钢筋混凝土剪悠力墙结构，其爷本身就是对框踏架结构进行抗损震加固的一种闭措施。下以下陕是对框剪结构存体系中框架构筒件加固的方法初：煌框架结构是强咏调整体性的建鸦筑结构。保持剑结构的整体性末，最直接的方测法是对框架角现柱的加固。角春柱是连接纵横郑梁柱的关键，结角柱的加固同眉样对构件抗侧惹力刚度有所加唱强。纯在结构中适当杠位置增加偏交笋斜撑等赘余构愉件，用弯曲耗纷能的形式代替朝轴变的耗能形总式，其中折曲领支撑可以利用麻钢纤维混凝土碎杆来制造，偏捉心连接支撑一畅般采用钢杆或信者劲性钢筋混库凝土杆构成宗[5]梳。羊当宏赘余构件因为街形变而失去作絮用后，整体结控构会发生稳定输体系的变化，库建筑自振周期修随之感改变，值这样又食避免单了瓶地震造成的建庭筑物的共振效逃应。下框架结构的特糊定位置设置塑花性铰。塑性铰烛使得在地震中惰结构的水平构在件首先屈服，当然后才是竖向桂构件。这就是银按感照叠“线强柱弱系梁译”牌的设计方法，讨通过塑性铰控现制变形的位置叛、顺序、以及型变形程度来形功成一个较好的灿耗能构件以抵击抗地震作用力课。包对框架结构中创梁和柱加固的淡形式非常多，块总体归结为二派类：一是通过森调整构件截面叉面积来使构件络的受力性能满公足抗震需求。键第二即使用钢厅筋或者纤维材努料对梁或柱进脸行约束，可以照是箍筋，也可需以在构件外围惑通过围套或者资粘贴的形式进拦行加固。胀实践中，所谓裳构件加固，还月有可能并不是裹新设计构件，疏构件加固前本垄身已经承受有采相应荷载，产京生了应力应变免，存在压缩变狭形，弯曲变形彼，即第一次受赴力；而当结构贿构件无法满足涉刚度要求等情姑况下，会在未黎卸载的情况下予对构件进行加辆固。新增的加叮固，只有在荷档载增加时，构葱件啦才开始受力，全即为第二次受收力傅[6]禁。破坏时，两装者可能不会同帮时达到自身的识承载能力极限巴，加固设计时掏需予以充分的旬考虑。冶3.为3退框架设置合理祥性验算菊框架结志构所受水平剪裹力随着高度增对加而话减下不，少在顶部框架结奶构所受剪力会押大于剪力墙所邮受剪力吗。在框剪结构简中，需要己验算品框架抗倾覆力方矩占总抗倾覆慎力矩的比例，确两个方向接近争且晴在害40%珠令～喊50%哲假间较好担[7]虽。按照框耍剪汁结构的拍受力特性，框划架所承担的抗烂倾覆力矩是随孔层高逐渐增大丑，实际只需底稿层满足抗倾覆级力矩所占总抗友倾覆力矩比例趣的要求即可。称需要提出的是央，结合本腥文费2.道3峰节，颂实际上，国际怪上对于框剪结钟构体系中框架层和剪力墙的布鞋置并没有形成虾一个统一的标临准。例如日本戒采取平均压应须力和剪力墙截坏面率双指标进左行控制分析黑[8]镇。纺而国外有作者越认为应该通过早对剪力墙的调久整保持框剪结厅构中整个框架巩的受力沿高度通保持均匀分布难。而国内，不卸同的文章和建称筑实例显示了夸不同的控制指秤标，但归结起愧来大体是按照链剪力墙承担底慧部剪力的百分冻比和剪力墙或也框架承担倾覆炒力矩占总倾覆损力矩的百分比阅进行考量。无圆论如何，对于滔框剪结构的研茫究，在实践应组用上还远远滞覆后于理论研究士。对于框剪结痰构体系中各部舍分构件设置合各理性的判断，仍以及整体是否咽能协调统一，刚都需要进行反亚复验算。并且休在实际建筑过让程中，遇到的伶问题要复杂许腥多，需要考虑立的变量和约束穷条件更多，我圾们首要的任务映应该是把控好运施工程序严格首按照结构设计碗所做，保证结酿构稳定的同时宋，尽量减少材樱料浪费，成本委损失，在现有缘条件下达到抗爸震性能的最优说方案。拖提高建筑抗震际性能的技术应拢用讲随着计算机科鬼学技术的发展窗，在计算机上兼进行结构的简逗化计算，得到控构件在荷载作沃用下的计算简澡图，利用合理镜的力学模型和喜数学模型获得晚更为符合实际促的抗震验算结娇果，保证在地碌震作用下结构己传力途径简单奖，直接。强选择有利于抗可震的地形和地禁基形式，同一奸房屋的结构单烛元的基础形式驴要一致，整体遥设计要充分发招挥地基的抗震星作用，避免在去危险地段修建急高层建筑物。坦随着建筑材料嘴的发展，选择唱轻质材料，在琴造价成本可控崭制的前提下，槽有利于减轻结奋构自重。自重认减少了则向基没础传递的荷载疼减少，这又降个低建筑物的基革础设计要求，洒即有利于保证僚结构稳定又节达约了基坑工程捐的造价成本。麦抗震技术创新少：钳①蹈隔震技术：建果设过程中，施型工人员根据图美纸规范操作，搞熟练的应用先召进的架设和铺番设技术，将底尝部和上层分割某，铺设隔震装攀置，并保证其榨稳定性。目前倒发展起来的隔铜震装置包括：典夹层橡胶垫隔统震、铅芯橡胶隔垫隔震、滑动指摩擦隔震、滚娃动隔震层、支川撑式隔震、滚耽轴隔震等新型辰抗震技屠术斗②割效能减震技术阵：禁选用能够是内妹部结构稳定的械构架兼顾型调阻尼元件设备知，买能够有效的保细护房屋结构的篮重要部位裙，特别是墙体祖内的一些细节埋部位。盛目前日本对于氏阻尼元件的研燥究走在世界前墨列，对于我国长的建筑抗震技猜术应当多加借好鉴和学习。总结话框自架呼-糕剪力墙结构的下优点主要体现猫在植优良的抗震性它能和抗风性能剩，并且平方便施工，施努工工期短，经企济效益好。逮由于兼备框架点和剪力墙的特幅征，不仅具有扁大的承载力，脑还能吸收部分揪地震中的能量雪，因而在高层券建筑中受到结陵构工程师们的上亲睐。它的特玩殊的优势比较愚纯框架结构建阳筑物更符合现磁在社会发展对运与高层建筑物弯建设的需要，昂尤其在地震烈协度较高的区域汤。框架剪力墙川结构体系作为鼓高层建筑结构罢主要的结构设玻计体系，其设蔬计质量的好坏研直接影响到了选建筑物的合理指性和经济性。皂如何将剪力墙页与框架结构的贸形变特征和谐滩起来，提高框闷剪结构的抗震私性能是当下框绢剪结构研究与萌发展过程中最兄关键的问题。雾虽然国内外都竹在不断对框剪薄结构进行分析旺研究，但是地焦域差异，设计窑要求差异，使哥得框剪结构的屿研究还需更多急的实践经验和抓案例供结构工蔑程师们参考。咽随廊着岗200者8奴年匙5.1教2骗汶川地震，以懂及国内各地接吃连发生的地震酷灾害，给人类献社会带了难以通估量的经济损泰失和无尽的精痕神损失。在自窜然灾害背后，塑得到的启示与燕反思是从国家贫到普通百姓均虽对与建筑抗震援性能的提升日跨益关注。萍总而言之，在预剪力墙结构体趴系的设计中，蛙我们要充分考垄虑场地、地基桃、施工条件、弊经济溪等方面的因素术，按照规范要草求进行结构设子计校核，以提挡高抗震设计水刑平。取框剪结构在高向层建筑中具有月极高的研究价返值，蔽随着建筑技术汉和建筑材料的蜡发展，可以预黄期框剪结构的擦抗震性能还有顾大幅提升的空记间。参考文献泊[1]千8棋度设防区框架颤一抗震墙结构碑的抗震性能和凭造价增量分析毛,氏王鹏，周东华晚，赵惠敏，武睁晓抚英榨[J四]纳四川建筑科学艇研究睬，住2009,3蒜5(3店)靠：弦15舌9控—畜160.灶[2]风高层框架剪力姑墙结构抗震设亚计的技术奸要点岂分析指,三郭兆伟弟[J崭]酷建筑技术与应掉用达，有201本1处（校1责）掠：蹈24-25.挂[3]梁剪力墙布置对球高烈度区高层榆框剪结构抗震辟性能的影响纪，王霁旭卡[D凝]变西安，西安理性工大学拿，影201厌4齐：峰3-4.黑[4]鸽框馆架捞—着剪力墙结构的色抗震设计要点像,峰苏小晚峰视[J俘]蠢建筑法，危201职4喉（自3狂）旦：卵70.桌[5串]伴框剪结构在抗塘震设计中的应动用，庄新蛾炉口[J针]钳建筑工程技术缎与设计丸，贵201以4舌（绢1培4稻）鸣：娃183-18锋4.偏[6狸]慧某框影架压-构剪力墙结构的鸦抗震鉴定与加滚固研究，贾茗仪子雄[D跃]形北京，北京交药通大学百，握2013:5织5-56.止[7侍]