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框架-剪力墙结构抗震优化设计

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：褚弘

[导读] 摘要：科学技术的发展迅速，我国的建筑结构的发展也有了创新。

        天津渤化工程有限公司天津市 300450
        摘要：科学技术的发展迅速，我国的建筑结构的发展也有了创新。框架与剪力墙能形成稳定的组合结构，它能够有效提升建筑结构的整体抗震性能，同时加强整体刚度，具有良好的稳定性作用。高层建筑框剪体系设计较为复杂，具有较好的抗震性能，这种体系从形式上较为灵活，具有两种结构的优势，能够扬长避短。本文主要阐述框架剪力墙结构在建筑应用方面的优势以及在设计中的重点和难点，并且对框架剪力墙的设计原理以及抗震措施进行详细阐述，希望相关研究人员以借鉴和参考。
        关键词：框架-剪力墙结构；抗震优化；设计
        引言
        墙结构的两种优势，提升高层建筑的抗震能力，因此在设计过程中，需要遵循承载分散以及把握要点等原则，综合确定框架剪力墙结构的整体使用比例，做好两者之间的协调工作，使得高层建筑在设计以及后期的运营过程中更加安全。
        1受力特点与抗震性能
        一方面，对于高层建筑结构的设计而言，如果仅采用框架结构，那么建筑的抗侧向刚度相对较差，因而建筑抵抗水平荷载的效果不佳。同时，在抗震性能方面也达不到规范要求。但是，该结构能够提供较大的空间，并且在平面布置方面也相对灵活。另一方面，对于剪力墙结构而言，其有着较大的竖向刚度以及抗侧力刚度。但是由于受到结构形式的影响，导致了平面布置工作中受到一定的限制，同时不能满足建筑空间等方面的要求;如果设计中采用框架－剪力墙结构，那么就能对上述问题进行很好的解决。具体设计工作中，可以根据实际需求在框架结构的适当的平面位置处设立剪力墙，进而提高建筑项目抵抗水平荷载的能力。在这一结构中，框架结构主要起到承受竖向荷载的作用，而建筑所受的大部分水平荷载，主要由建筑的剪力墙结构来承担。尤其在进行高层建筑的设计工作中时，通过应用框架－剪力墙结构形式，可以有效增大建筑整体结构的刚度，进而确保建筑工程满足安全性与抗震性等方面的要求。一直以来，设计人员对于结构中剪力墙所占比重这一问题极为关注，该问题与建筑的抗震性能有着直接的影响。大多学者与专家认为，提高剪力墙的比重能够改善建筑的抗震性能。但是，这样一来将导致建设成本的增大。同时，随着剪力墙比重的增加，建筑的刚度过大、周期过短，因而对于地震的反应也将随之加大。如果减轻剪力墙的比重，那么建筑可能出现结构扭转的问题，因而当前要对框架－剪力墙结构进行优化，提高该结构的经济性、适用性与抗震性。综合多方面因素，在进行建筑独立结构单元的设计工作时，对于抗震墙数量的设计，应严格遵循以下原则:①设计时要有效提高结构的抗震性能，并不断提高剪力墙抵抗地震倾覆作用的能力;②高层建筑结构设计要严格满足抗震设计规范;③设计时要对结构顶点风振加速度限值进行严格控制，确保该数值满足相关规定。
        2框架剪力墙结构的优势
        框剪结构布局的基础条件是框架结构体系，在平面框架体系中布置一定数量的剪力墙。在平面中设计，来达到灵活应用空间的目的，空间使用的自由度较大。在结构性能上，框剪体系吸取了两者的优势，同时抗震性能较好。框剪结构能够将两种不同结构体系重新组合起来，它与单纯使用剪力墙设计或者是整体性的框架设计有着明显的区别。在这种新的受力结构内，两者一起承担竖向的荷载，水平方向抗侧向位移能力较强，因此具有较大的刚度，并且抗剪能力也较强。在实际设计与运用过程中，能够扬长避短，使得建筑的结构与功能能够得到较好的协调。抗剪体系同时具备布局较为灵活，使用较为简单的性能，同时也有抗剪能力较强，抗震能力强的优势，因此在设计中得到广泛应用。

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        3框架-剪力墙结构抗震优化设计
        3.1优化剪力墙抗震性能设计
        在进行剪力墙的设计工作时，一方面，可以调整剪力墙所用混凝土的强度等级，以此改善剪力墙的抗震效果;另一方面，可以优化剪力墙的布置位置与截面尺寸，确保结构的整体刚度有着良好的均匀性效果，进而能够抵御水平荷载的影响，防止结构出现扭转等问题。此外，研究表明通过提高剪力墙的高宽比，能够降低剪力墙的剪切变形，因而设计工作中可以将剪力墙的弯曲刚度作为一个重要的设计变量。另外，优化设计过程中可以将剪力墙的四周设计为带边框的墙体，并且这些墙体都用梁柱结构进行支撑。这样一来，就可以抑制斜向裂缝朝着结构中相邻边框去发展，进而有效提高结构的抗剪性能。
        3.2优化整体结构抗震性能设计
        上述措施只能从某一方面对抗震性能进行优化，要想改善建筑的抗震效果，还要优化建筑的整体结构，进而提高整个建筑工程的抗震性能。首先，设计工作中要确保建筑结构的整体刚度和承载力之间有着良好的匹配效果。尤其在进行框架－剪力墙结构优化设计时，要对剪力墙的数量进行严格控制;其次，要对抗震墙的厚度与数量进行合理的计算。此外，设计时要兼顾工程造价、工程地质状况以及抗震设防等级等方面的要求，提高整体结构设计的合理性。
        3.3需要实现框架结构刚度和延展性的协调统一
        框架剪力墙结构在高度以及粘性系数都存在一定的差异性，这就给框架结构上结构提高其抗震能力带来了难题，在理论状态下，框架剪力上结构各个构件之间可能会出现协调不一致的情形，或者会出现先后遭到破坏，以至于各个击破，这种情况降低了框架剪力墙结构中构件的抗震可靠程度，因此在实际设计过程中需要连接各个构件，使其充分协调，达到高度以及延展性的统一，从而能够有效提升框架剪力墙墙结构的抗震性能。
        3.4框剪结构
        框剪结构，就是我们上文所述剪力墙结构以及框架结构相结合所形成的组合抗震结构。框剪结构的优势在于有效融合了剪力墙结构与框架结构的优点，使其具备更优异的抗震表现。框剪结构的主要组成形式是由75％左右的框架结构形成主体，之后在框架内布置剩余25％左右的剪力墙结构，并且确保剪力墙与部分重点的承重梁、柱相结合，以实现框剪结构中重点承重梁、柱在承受地震作用力时，可以先有框架结构吸收，之后在分摊给框剪结构中的其他梁、柱，而剪力墙结构可以在依靠其自稳特点，抵消分摊来的作用力，从而有效提高建筑的抗震性，经过实践证明，该结构具有良好的应用性。
        结语
        建筑项目抗震设计水平，对于建筑使用期间的安全性有着直接的影响。现阶段，要加强对框架－剪力墙结构形式的研究与应用，提高框架结构与剪力墙结构之间的协调性，不断优化设计环节，提高计算工作的精度，对设计优化环节的各种因素进行全面的考虑，确保建筑的抗震性能满足使用需求。框架剪力墙结构由于其结构的互补性，因此在高层建筑中得到了广泛的使用，合理的使用框架剪力墙结构能够有效突出框架结构以及剪力墙结构的两种优势，提升高层建筑的抗震能力，因此在设计过程中，需要遵循承载分散以及把握要点等原则，综合确定框架剪力墙结构的整体使用比例，做好两者之间的协调工作，使得高层建筑在设计以及后期的运营过程中更加安全。
        参考文献
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        [2]刘申会.高层建筑框架剪力墙结构设计分析[J].门窗，2019（8）：73-74.
        [3]杨华.基于实例分析高层建筑框架剪力墙结构设计[J].四川水泥，2018（11）：87.
        ［4］白云辉．剪力墙结构设计中几个问题的探讨［J］．中华民居，2011，4(2):45－47．
        ［5］蔡俊坡．基于抗震性能的框架—剪力墙结构优化设计［D］．西安:西安科技大学，2010．
        ［6］吕西林．高层建筑结构［M］．武汉:武汉理工大学出版，2003．