框—剪结构在地震荷载作用下的优化设计

在社会发展中，人们对各个环境认识不断提高，随着近年来世界各地地震的不断发生，对各个城市的人们和社会发展都带来了极大的危害。就我国而言08年的汶川地震，10年的玉树地震等等，这些地震不仅仅造成我国经济发展的严重影响，更是造成了惨重的人员伤亡。但是从某种意义上讲，致命的不是地震，而是在地震中倒塌的建筑物。由于在过去建筑工程施工和设计中人们对抗震性能的忽视，导致在地震中各种建筑物的倒塌，造成人员的伤害高于地震本身带来的危害，因此，建筑物的抗震设计非常重要。框架一剪力墙结构在当前的建筑结构设计和应用中是其主要的结构方式，其以良好的刚度和空间配置的灵活性成为当前建筑结构应用和探究的重点。此结构中剪力墙的刚度较大，主要承担地震荷载，更是保证建筑结构安全稳定的关键因素。

1.框架-剪力墙结构概述

框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构。主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

2.框架一剪力墙结构的受力分析

在框架一剪力墙结构中，相当于用连杆将框架和剪力墙连成一个组合体系，构成了协同工作，他们不能单独弯曲变形或剪切变形，因此，框架一剪力墙结构的变形曲线为弯剪型，其水平位移特征居于框架和剪力墙之间。因此，在框架一剪力墙结构中，如果剪力墙的刚度很大时，组合体系的变形将接近剪力墙的变形，如果框架的刚度很大时，组合体系的变形将接近框架的变形。故在底部剪力墙将协助框架工作，以减少框架的变形，在顶部框架将协助剪力墙工作，以减少剪力墙的变形。所以，由以上我们可以得知，框架一剪力墙结构中，框架主要承担竖向使用荷载，而剪力墙刚度较大，主要承担地震荷载。

3.剪力墙合理数量的确定

3．1地震荷载与剪力墙刚度之间的关系

我们可以看出T>0（0≤A≤6），所以T是的增函数。我们又知地震荷载与T成反比关系，故得地震荷载与剪力墙刚度成正比关系。即剪力墙刚度越大，地震荷载越大。由以上推导可知，地震荷载与剪力墙刚度成正比关系，即地震荷载随剪力墙刚度的增大而增大，减小而减小。如果剪力墙的布置过少，则其刚度会相应的很少，房屋的变形增大，不能抵抗地震荷载；如果剪力墙的布置过大，则其刚度会相应的很大，房屋的自震周期减小，引起了地震荷载的增大，而且所耗的材料也会增大。所以，我们要研究的主要任务是怎样合理选取剪力墙的刚度，选取一个合适的剪力墙刚度不仅减小了地震荷载，而且又满足了房屋的使用和变形要求。

3．2剪力墙合理刚度的确定

一般情况下，我们假设地震荷载呈倒三角形分布，在倒三角形分布荷载作用下，我们可以推导得框架总抗侧移刚度为：我们确定了框架一剪力墙结构的刚度特征值后，即可根据场地土特征周期，相应于烈度的地震影响系数，许可位移值。我们又知，根据框架的设计剪力不宜小于0．2，也不得大于0．4，相应的值应控制在。在确定合适剪力墙刚度时，我们可以先根据经验在1．1-2．2之间选出一个合适的值，再由式（9）计算出对应的目，将其代入式（4）中算出值。如果算出的值与我们原先选出的值有差别，则再另选一个值，直至选值与计算出的值相等为止，这样我们就可以找到一个最合适的剪力墙刚度。

4.剪力墙的合理布置方案

剪力墙的布置除了应着重确定剪力墙的数量及其相应的厚度以外，还应在以下几个方面加以注意：

4.1剪力墙的厚度

剪力墙的厚度不应小于160mm且不应小于层高的1／20，底部加强部位的剪力墙厚度不应小于200mm，且不应小于层高的1／16。剪力墙的周边应设置梁（或暗柱）和端柱组成的边框；端柱截面宜与同层框架柱相同；剪力墙底部加强部位的端柱和紧靠剪力墙洞口的端柱宜按箍筋加密区的要求沿全高加密箍筋。剪力墙的竖向和横向分布钢筋，配筋率均不应小于0．25％，并且双排布置，拉筋问距不应大于600rn／n，直径不应小于6mm。

4.2结构的平面布置

剪力墙应双向设置，尽量布置在建筑物的端部。每个方向的剪力墙应做到对称，均匀，沿结构平面的周边布置，尽量做到楼层平面的刚度中心与楼层结构的质量中心相结合，以达到节省造价，提高结构抗扭能力，增加结构安全性的目的。纵、横剪力墙最好能连在一起，构成T形，L形和口字形。

4.3剪力墙的片数

沿每一主轴方向设置的剪力墙片数不应大于三片，为了避免地震荷载集中分布到一片剪力墙上，同方向的剪力墙的抗侧移刚度应大小一致，且各片剪力墙的抗侧移刚度相对比值应与所负担的各楼层重力荷载相对应。

4.4剪力墙的长度

为了让剪力墙有一定的延性，具有弯曲型构件的特征，不会引起剪切型破坏，每一片剪力墙（包括单片墙，小开洞墙）或多肢墙墙肢的总高度与其长度的比值H／L应不小于2，其中每一墙肢的长度还不宜大于8m。过长的墙肢可以利用高度不小于2／3层高的施工洞口，划分成两个以上的较窄墙肢。施工洞口可用砌体填补。

4.5剪力墙中连梁的布置

对于一片截面较长层的连续梁首先开裂，进入弹塑性状态，并且要求连梁弯矩不得超过总弯矩设计值的20％，这样就需要降低这层连梁的弯矩设计值，提高相邻上下层弯矩设计值。一、二级剪力墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5m，梁截面高度不应小于400mm。

5.结束语

抗震设计伴随着当前社会发展逐步受到人们的关注，是当前建筑工程设计中的重要方式，更是保证建筑工程使用功能良好安全进行的关键基础。在设计的过程中合理的利用各个基础措施进行综合分析是当前人们探究的重点形式和基础保证。