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1、 浅析框架结构与框架剪力墙结构摘要：现如今，高层建筑的结构设计中采用较多的是框架剪力墙结构，这种结构由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成。与框架结构相比，框架剪力墙结构有着很大的优越性，本文作者对两种结构进行了比较分析。关键词：框架结构；框剪结构前言高层建筑的结构选型主要是选择合理的抗侧力结构体系，常见的高层建筑结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构（框剪结构）、筒体结构等，不同的结构体系均有其相应的适用范围和最大适用高度。纵观各种建筑结构体系，框架结构体系柱网布置灵活，可获得较大的使用空间，但由于其侧向刚度较小，水平侧移大，用于较高的建筑时，需要截面较大的梁、柱构件才能满足
2、规范变形限值的要求，而大截面的构件减小了有效使用空间，使其使用范围受到了限制；剪力墙结构体系其侧向刚度大，水平侧移小，但由于剪力墙的间距小，平面布置不灵活，建筑空间受到限制，同时由于自重大，刚度大，使剪力墙结构的基本周期短，地震惯性力较大，因此高度很大的剪力墙结构并不经济；而框剪结构综合了框架结构、剪力墙结构两者的优点，使其既能灵活布置大空间与小空间房屋，又具有较大的侧向刚度，且经合理设计的框剪结构经济性好，在高层建筑中得到了广泛的应用并通常作为首选。对于抗震设防的建筑来说，框剪结构具有两道抗震防线，比单一框架结构有很大的优越性。一、从框架结构与框剪结构的受力特点比较1.1框架结构的受力特点框
3、架结构是由柱子和梁通过刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构，即由柱子和梁组成框架，共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点：其侧移由两部分组成：第一部分侧移由柱和梁的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点，形成侧向变形。框架下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈到上部层间变形愈小。第二部分侧移由柱的轴向变形产生。在水平力作用下，柱的拉伸和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大，愈到底部层间变形愈小。在两部分侧移中第一部分侧移是主要的，随着建筑高度加大，第二部分变形比例逐渐加大。结构过大的侧向变形不仅会使人不舒服，影响使用；会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏；
4、还会使主体结构出现裂缝、损坏、甚至倒塌。因此，高层建筑不仅需要较大的承载力，而且需要较大的刚度（抗侧刚度），以使其结构层间侧移和顶层总侧移控制在容许的范围内。框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，所以称框架结构为柔性结构。虽然通过合理设计，可以使钢筋混凝土框架获得良好的延性，但由于框架结构层间变形较大，在地震区，高层框架结构容易引起非结构构件的破坏。这是框架结构的主要缺点，也因此而限制了框架结构的使用高度。1.2框剪结构的受力特点在框架结构中加设适量的剪力墙，二者通过楼盖协同工作，以满足建筑物的抗侧要求，从而组成框剪结构体系。在框架中局部增加剪力墙可以在对
5、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。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。由于上述变形的协调作用，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，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各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上部，而纯框架最大剪力在底部。框剪结构在水平荷载作用下，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主。由
6、于两者是受力性能不同的两种结构，因而两者之间需要通过楼板的协同工作。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；而上部，框架又可以对剪力墙提供支持，即框架把墙向左边推，其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。二、从框架结构与框剪结构的结构布置比
7、较2.1框架结构的布置框架结构按承重框架布置方向分为三种：（1）主要承重框架横向布置。该种布置的特点是横向梁为主梁，纵向梁为次梁（连系梁），它的优点是承重框架横向布置可有效提高纵房屋横向的抗侧力强度和刚度，有利于立面处理和室内采光。（2）主要承重框架纵向布置。特点是纵向梁为主梁，横向梁为次梁（连系梁），其优点是有利于楼层净高的有效利用，房屋的使用划分比较灵活，但是横向刚度很差，适用层数不多的无抗震要求的厂房。（3）主要承重框架纵横两向布置。该种布置可集以上两种布置的优点，既有利于提高房屋的横向抗侧力强度和刚度，又有利于楼层净高的有效利用。总体来说，框架结构的布置应遵循以下几个原则：（1）结构平
8、面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。（2）控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移，其高宽比限值见规范。（3）尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。（4）房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当房屋长度超过规定值时，可设伸缩缝将房屋分成若干温度区段。2.2框剪结构的布置采用这种结构体系时应在两个主轴方向均布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，将会造成两个主轴方向的抗侧刚度悬殊，无剪力墙的方向刚度不足且带有纯框架的性质，与布置剪力墙的另一向不协调，也容易造成结构的扭转。作为第一道抗震防线的剪力墙决定了结构刚度
9、，因此对框剪结构来说要保证其合理的设计（承载力、延性、经济性等），主要是控制其中剪力墙的合理布置位置和数量。2.2.1剪力墙平面布置剪力墙的布置一般原则是均匀、分散、对称、周边及均匀。分散原则是要求剪力墙片数不要太少，而且每片剪力墙刚度不要太大，连续尺寸不要太长，使抗侧力构件数量多一些，分散一些，每片剪力墙的弯曲刚度适中，在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能，也不会使个别墙的受力太集中，负担过重而引起过早的破坏。刚度过大的墙承担的内力也大，相应的基础处理难度增加，同时也考虑到剪力墙相距太远，楼面刚度要求大，很难满足要求，周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力，便于保证刚度中心与平
10、面中心相吻合；剪力墙布置在周边对称位置，增加抵抗扭转的内力臂，在不增加剪力墙面积的情况下，提高抗扭转能力。剪力墙布置的位置应设在平面形状变化处，即：角隅、端角、凹角。这些部位往往是应力集中处，设置剪力墙给予加强是很有必要的；高层建筑的楼梯间、电梯间、管道井处等的楼面开洞严重地削弱楼板刚度，对保证框架与剪力墙协同工作极为不利。因此，在工程设计中用剪力墙来加强这些薄弱端部，如楼梯间、电梯井道处、竖向管道井设计加强的钢筋混凝土墙是十分有效的。剪力墙的间距原则上是建筑物愈高、抗震设防烈度愈高，间距取值愈小。剪力墙应沿建筑物全高设置，不得沿高度有突变，剪力墙应落地，剪力墙并应在两个主轴方向组合部署成l形
11、、t形或形成封闭的筒，这样可以提高剪力墙自身的刚度。且一片剪力墙的长度不宜大于8 m，当超过时，应利用洞口分割成两片墙，功能上不需要洞时，洞口可用不同的材料或轻质材料填充，过长的剪力墙中央部分的钢筋尚未到达屈服阶段，墙端部的钢筋早因变形过大而断开破坏。2.2剪力墙合理数量的确定剪力墙的合理数量由允许位移比决定，按高层建筑规范中位移比为结构顶点位移与高之比。u/h不宜大于1/800，装修要求较高时，u/h不宜超过1/850，在满足这个要求的前提下增减剪力墙的数量。剪力墙数量多，框架剪力墙结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。日本震害调查表明：当每平方米楼面平均剪力墙长度少
12、于50 mm长时，震害严重；在50150 mm 之间时，震害中等；长150 mm 以上，震害轻微。目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况、建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。三、结论通过上文比较可看出，框架剪力墙结构体系获得了更大的刚度，抗震性能也更为优越。且框架剪力墙结构混凝土使用量和纯框架结构体系大致相同，但钢筋用量节省很多，仅竖向受力构件的配筋量就比纯框架结构体系要省6%左右，且结构布置上更加合理，可利用空间也大。经过计算结果的比较，不难看出，框架剪力墙结构体系比纯框架结构体系更经济、更实用、更节省造价，结构抗震性能更优越。参考文献：1 张彤彦.钢筋混凝土框架剪力墙设计中的若干问题j.中国水运，2007，5（5）：126-1282 杨华.框架剪力墙结构的合理设计j.甘肃科技，2008，9（18）：127-129
