框架剪力墙基本概念与设计

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1、4.5.1 框架剪力墙结构的变形及受力特点 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。1. 变形特点 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

2、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。最终框架一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

3、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 高度的中部甚至在上部，而纯框架最大剪力在底部。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工作计算内力，不 应简单按纯框架分析，否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全。4.5.2 框架一剪力墙结构布置一般原则 框架一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，主体结构构件之间不宜采用铰接。抗

4、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 1/4。(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位移值应接近。壁式框 架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。

5、剪力墙的布置宜分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁 形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8 m。每段剪力墙底部承担水平 力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。 纵向剪力墙宜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土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。 楼梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞边设置剪力墙，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间部分。 剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度

6、的要求，否则应考虑楼盖平面变形的影响。(3) 框架一剪力墙结构中的剪力墙，宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱)的带边框剪力墙。纵横 向相邻剪力墙宜连接在一起形成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。 纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。 20(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宜大于30%，在刚度突变的楼层板应按转换层 楼板的

7、要求加强构造措施。4.5.3 框剪结构的内力分析1. 框架一剪力墙结构基本假定与计算简图(1) 在框架一剪力墙结构分析中，主要有以下假定： 楼板在自身平面内的刚度无限大。按此假定，保证了楼板将整个结构单元内的所有框架 和剪力墙连成整体，不产生相对变形，在同一楼层标高处框架和剪力墙的水平位移相等。这 就需要楼板为现浇或装配整体式楼面。 建筑物刚度中心与水平荷载合力作用中心重合。按此假定，建筑在水平荷载作用下，不 产生绕竖向轴的扭转。因而当建筑物体型规整、剪力墙均匀、对称时可以满足此假定。 将位于各楼层标高处的有限连杆视为沿房屋高度连续分布的无限根连杆。按此假定，不 但在同一楼层处其有相同的位移，

8、而且沿整个房屋高度都具有连续相同的变形。(2) 计算简图。框架剪力墙结构的参考平面如图4.32(a)所示。在前面所述的基本假定前提下，可按结构单元内所有剪力墙综合在一起，形成一榀假想的总 剪力墙，总剪力墙的弯曲刚度等于各榀剪力墙弯曲刚度之和；同时把单元内的框架综合为一 榀假想框架，总框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。它们之间由水平连杆连接，这 些水平连杆包括楼板和连梁。楼板与剪力墙、框架的连接可以看作铰接，连梁与剪力墙的连 接视其抗弯刚度的大小可以看作刚接或铰接。当连梁截面较小、跨度较大、构造连接较差时， 可忽略连梁对剪力墙转动的约束，采用铰接计算简图，如图4.32(b)所示；当连梁刚度

9、较大, 需要考虑连梁的约束作用时，连梁两端按刚接考虑，计算简图如图4.32(c)所示。2. 基本计算参数(1) 框架柱的侧移刚度D定义为：使框架柱两端产生单位相对侧移时所需的水平剪力。(2) 总框架的抗侧刚度f c定义为：使总框架在楼层间产生单位剪切变形(0=1)时所需的水平 剪力。当各层fi C不同时，计算中近似以加权平均值求f c : h(3) 单片框架的等效抗侧刚度fieq C :当框架的高度大于50 m或大于其宽度的4倍时，应 计及柱的轴向变形对框架剪力墙体系的内力和侧移的影响，否则会使计算误差增大。这时， 可用“等效抗侧刚度” fieq C代替上述的抗侧刚度fi C。(4) 剪力墙的

10、等效抗弯刚度w El :总剪力墙的等效抗弯刚度，即为同层内各片剪力墙等效刚 度之和。当各层总剪力墙等效抗弯刚度不同时，可取各层的加权平均值 。3. 建立微分方程这就是总框架与总剪力墙协同工作的基本微分方程式。入称为框架一剪力墙结构的刚度特征 值，它反映总框架与总剪力墙刚度之间的相对关系。入大，表示总框架的抗侧刚度较大(相 对于总剪力墙的等效抗弯刚度)；反之则小。入值的大小对总框架及总剪力墙的内力将产生 很大的影响。4. 基本方程的解。5. 结构内力计算(1) 对于框架一剪力墙结构铰接体系，按照上述的位移与内力计算公式可以求得任意一标高 处综合剪力墙的内力 w M ， w V 。在任一标高处综合

11、总框架所承受的总剪力 f V 可由整个 结构平截面内的剪力平衡条件得到。(2) 综合框架总剪力修正。为了保证框架结构中框架的安全，各层总框架分担的剪力不能太 小。(3) 单榀剪力墙、框架的内力。将上述各式求得的综合剪力墙的内力w M、w V按各单榀剪 力墙等效刚度分配给每榀剪力墙，综合框架的总剪力以调整后计算出的总框架剪力按各榀框 架的抗侧刚度进行分配，梁、柱弯矩等内力就可直接按纯框架进行计算。4.5.4 框架一剪力墙结构的截面与构造设计1. 截面设计 框架一剪力墙结构中，框架梁、柱的截面设计和配筋构造与框架结构相同。在根据上述内力 分析方法求得框架的梁、柱内力后，就可以按 4.3 节的框架梁

12、、柱配筋计算方法进行截面设 计。剪力墙的截面设计可以根据上述内力分析方法求得的内力，按 4.4 节中有关方法进行设 计。剪力墙截面宜按I字形设计，其主要竖向受力钢筋应配置在边框柱(暗柱)截面内。2. 构造设计(1) 剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，抗震设计时均不应小于0.25%。非抗震设计时均不应小于0.2%，并且至少双排布置。各排分布筋之间的拉筋直律6mm，间距600 mm。(2) 框架剪力墙结构中的剪力墙宜采用周边有梁、柱的剪力墙形式，研究表明取消端部柱可 使剪力墙承受力下降20%30%，所以剪力墙端部的框架柱不宜取消。剪力墙的轴线与柱 轴线宜在一个平面内，避免柱偏心受力，产生扭转。剪力墙上的框架梁应予以保留。研究表 明，剪力墙取消框架梁以后，其承受力会下降 10%。所以，如果确实无法设置框架梁时， 也应设置暗梁代替。其截面高度取墙厚2 倍或与框架梁等高，配筋按构造配置。 带边框剪力墙构造应满足以下要求： 抗震设计时，一、二级抗震等级的底部加强区截面厚度不小于200 mm,且不应小于层 高的1/16。其他部位160 mm,且不应小于层高的1/20。 剪力墙水平钢筋应全部锚入边框柱内 aE e 或( a e )。 框架及剪力墙的构造应同时满足前面4.3 节及4.4 节的有关要求。