框架—剪力墙结构体系设计优化文献综述

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1、框架框架剪力墙结构剪力墙结构体系设计体系设计优化综述优化综述 摘要摘要：随着我国社会经济的飞速发展，建筑科学技术的不断提高，建设规模较大、 结构形式多样的高层建筑是缓解我国日益紧张的土地问题和充分发挥土地综合利 用率的一条重要途径。 框架剪力墙结构对竖向布置繁杂或平面、 水平荷载较大的 高层建筑十分适用。框架剪力墙结构建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间， 性价比较高， 因此在国内有很广泛的应用。 本文主要论述了高层建筑中框架剪力墙 结构中剪力墙布置的一些看法。 关键词关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计 1. 前言前言 高层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

2、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,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 一剪力墙结构体系(简称框一剪结构体系),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低,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

3、 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 应对空间的要求。而框一剪结构却兼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1。 研究结果表明地震作用下，框架-剪力墙结构中的剪力墙，几乎承担了总水 平地震作用的 80以上， 所有框架所承担的水平地震作用之和不到总值的20， 由此看出框剪结构中的剪力墙在抗震方面起着主导作用， 如何合理地确定框架一 剪力墙结构中的剪力墙的布置和数量问题一直是国内外学者研究的

4、课题， 其设置 的位置和多少直接影响到了结构的抗震性能和经济效益2。 - 1 - 2. 剪力墙数量的确定剪力墙数量的确定 对于一个采用剪力墙结构的建筑来说， 首先必须布置足够数量的剪力墙。 所谓足够,就是指在满足建筑功能要求的前提下布置具有一定抗侧力刚度的墙体， 使其能够满足风和地震等荷载作用下的受力和变形要求。 足够数量是一种下限 的要求， 可以通过位移、 周期和配筋等指标来综合反映。 但是剪力墙的数量 也不是越多越好， 过多的剪力墙一方面会给建筑功能上带来很大的限制， 另一 方面也会使自重和地震反应增加， 造成材料上的浪费， 影响经济性。 一般而 言， 位移接近规范限制， 周期在正常范围之

5、内， 配筋以构造配筋为主时的剪 力墙数量就是比较优化的数量。 量化时可以采用 “每平方米墙混凝土含量” 或者 “每平方米墙面积比率” 来反映墙体在结构体系中所占的比率， 进而反映墙体数 量的相对合理性3。 3. 剪力墙布置方案分析剪力墙布置方案分析 合理的布置剪力墙能使剪力墙获得最大的效能， 用最少数量的墙体满足受 力和变形要求， 达到安全和经济的完美平衡。 剪力墙布置需要遵循均匀、 对 称、 分散、 周边的基本原则4。 均匀和对称可以避免某一部分过弱或者过强 造成的刚度突变， 减小结构扭转效应。 分散和周边有利于提高建筑的整体刚度， 增大结构的抗扭能力。具体操作时，应该以建筑的平面布置和使用

6、功能为基础， 从基本的力学概念出发，通过反复试算和调整来确定最佳的墙体布置方案， 必 要时辅以经济技术分析。在设计过程中，需要分阶段进行控制。 3.1 建筑设计阶段建筑设计阶段 建筑布置是整个设计阶段第一步， 剪力墙布置是否合理， 很大程度上是由 建筑平面布置决定的5。 建筑平面确定以后， 可布置的剪力墙位置也就基本确 定了， 可调整的余地很小。 所以从建筑方案阶段结构就应该和建筑专业积极配 合，寻求对结构最有利的方案和平面形式。 （1）选择宽度较大、高宽比比较小的建筑平面。这种建筑平面往往具有较 大的截面抵抗矩，是一种经济性较好的体型。 规范中对高宽比的限制虽不具有 强制性， 也不作为规则性判断的一项， 但是一般不建议超过规范限制， 否则 经济性往往较差。 （2）优化方案，减小建筑的不规则性。建筑平面不规则，会削弱建筑的抗 扭和抗震性能。 为了补偿这种性能的降低， 结构上必然需要通过加大截面或者 采取特殊构造等方式进行加强， 这势必带来建筑成本的增加， 同时也会增加设 - 2 - 计周期和设计难度。 竖向不规则， 刚度突变， 也会增加结构的用钢量，