框剪结构受力特性及剪力墙用量计算研究

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1、框剪结构受力特性及剪力墙用量计算研究摘要：基于笔者多年从事建筑结构设计的相关工作经验，以高层建筑结构设计为研究对象，研究探讨了框-剪结构体系在高层结构设计中的应用，文章首先从框架、剪力墙的受力特性开始，论述了影响剪力墙用量的因素，而后分析了剪力墙合理用量的确定方法，最后深度探讨了竖向荷载作用下框-剪结构的水平作用效应问题，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。关键词：框架剪力墙结构设计受力中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0013-021框-剪结构在建筑中的应用思路8高层

2、建筑是社会经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促进了高层建筑的出现和不断发展。在高层建筑结构设计中，水平荷载是设计的主要控制因素之一。分析水平荷载与结构体系的关系，根据建筑高度、尺寸和其他条件，选择经济而有效的结构类型和结构体系，便成为结构设计的首要问题。高层建筑的结构体系，主要有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系（简称框剪结构体系），筒体结构体系和巨型（超级）结构体系等。这些体系的受力特点、抵抗水平荷载的能力、侧向刚度和抗震性能等都各有不同。框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载的能力较差，

3、底部层间位移大容易引起非结构性破坏和次生灾害，对抗震不利，但它具有空间大，平面布置灵活，立面处理丰富等优点。而剪力墙结构则相反，抗侧力强度和刚度均很大，但平面布置不灵活，不适应大空间的要求。而框剪结构却有框架结构与剪力墙结构两者的优点，把两种结构体系结合起来，在同一结构单元中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，起到了取长补短的作用，因而它广泛地应用于高层办公建筑，旅馆建筑等高层公共建筑中。从我国高层建筑的发展情况来看，可以看到框剪结构在高层建筑中的应用是非常广泛的。我国内地高层建筑从20世纪50年代开始自行设计和建造，20世纪

4、50年代末在北京建成了一批高层公共建筑，其中就有较多的建筑采用了框剪结构，如民族饭店（14层），民族文化宫（13层）。其后在全国三十多个大中城市修建了一批高层旅馆，办公楼，公寓，住宅，其中不少工程采用了框剪结构，如北京饭店东楼（18层），上海大名饭店（21层），上海宾馆（27层），深圳商业中心（20层），北京香格里拉饭店（26层），南京市玄武饭店（主楼22层）等。2受力特性分析8框-剪结构体系的工程应用表明，框-剪结构是框架和剪力墙两种结构的有机结合。通常情况下，框架是框一剪结构的主要竖向受力构件，而剪力墙是框-剪结构的主要抗侧向受力构件，

5、框架和剪力墙两种不同的结构形式通过刚性楼盖体系而协同工作，起到了相互间取长补短的作用。框架结构的变形特性具有剪切型的特点，位移越向上增长越慢，成内收形开口曲线。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外弯形开口曲线。而在框-剪结构中，框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力，结构水平位移特征处于框架和剪力墙之间，为反S型曲线，是弯剪型。因此，在框-剪结构中，剪力墙在下部楼层变形小，承担了近80%以上的水平剪力，而在上部楼层，框架变形小，可以协助剪力墙工作，抵挡剪力墙的外拉变形，从而承受很大的

6、水平剪力。所以，框-剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调，从而达到减少结构变形，增强结构侧向刚度，提高结构抗震能力的目的，在结构设计中具有很强的适用性。框-剪结构中框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值，即框架刚度与剪力墙刚度的比值来表达。若忽略连梁约束和轴向变形的影响，有：式中：为建筑总高度；为框架平均总刚度；剪力墙折算总抗侧刚度。工程实践表明：8①过小，结构变形曲线呈弯剪型，即剪力墙用量过多，此时，结构刚度增大，自振周期缩短，地震力相应增加，结构延性降低，尤其对框架顶部几层极为不利。一般说来，剪力墙数量增多对抗震有利，但超

7、过必要限度也是不合理和不经济的，为了使框架充分发挥作用，剪力墙刚度不宜过大，应使。②过大，结构变形曲线呈剪弯型，即剪力墙用量过少，结构刚度较差，常不满足变形要求，同时，框架受力过大，梁柱截面尺寸加大，导致不经济，因此，剪力墙刚度不能过小，应使。3影响因素探讨框-剪结构中，剪力墙的布置和用量是由框架、剪力墙的受力特性并结合建筑物的功能、布置来决定的。因此，影响剪力墙用量的因素应主要从以下几个方面加以考虑：1）剪力墙的用量与框一剪结构的平面布置有关。剪力墙是框-剪结构中主要抗侧力构件，一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。2）剪力墙的用

8、量与结构自振周期密切相关。结构自振周期随剪力墙刚度增大而变短，对于比较正常的框-剪结构，结构自振周期大致为：式中：分别为结构第1、2、3自振周期；为建筑物总层数。83）剪力墙用量