吴俊威
浙江新创规划建筑设计有限公司 浙江温州 325000
摘要：作为我国三大产业之一，建筑产业进入新发展阶段，对高层建筑抗震性能提出更高的要求，框剪结构可将两者优点予以融合，普遍用于建筑行业。本文主要分析框剪结构受力特征，分析其实际抗震设计要点，最终通过实际案例分析，明晰框剪结构抗震设计可靠性及合理性。
关键词：高层住宅；框剪结构；抗震设计
框剪结构汇总框架结构与剪力墙结构优势，共同承受水平及竖向载荷，具备较强的抗震能力。框剪结构侧移作为抗震设计着重考量的问题，地震作用下结构侧移远超过风载荷下侧移，从而凸显框剪结构设计重点为抗震设计。框剪结构凭借自身良好的抗震性能，普遍用于高层建筑中，因剪力墙刚度较大，其数量及位置布设不同直接影响结构刚度，剪力墙刚度大小直接决定最终结构可靠性及整体造价，所以合理控制剪力墙数量及处理其布置，是作为抗震设计时重要问题。
一、高层住宅框架-剪力墙结构受力特征
1、框剪结构受力特征
框剪结构作为现下高层建筑设计广泛选用的结构类型，其基本应用原理为处于框架结构中布设一定数量的剪力墙，构成灵活的应用空间，以此满足建筑功能使用的基本要求，充足的剪力墙可促使建筑具备较大的刚度。框架-剪力墙结构，是框架和剪力墙两种不同抗侧力结构构成的新受力结构形式，其特征为下方楼层剪力墙出现位移较小，主要拉着框架依照曲线进行变形，剪力墙主要承担水平载荷，上部楼层则反之，剪力墙发生位移逐步增大，出现外倾趋势，框架出现内收趋势，框架不仅承担负载产生水平力，而且额外承担将剪力墙拉回正常轨道的水平力，此种状况下剪力墙并非承担水平力，且对框架附加水平力，所以上部楼层即便外载荷形成的楼层剪力较小，框架中会产生较大的剪力，框架剪力墙结构中剪力墙可进行单一布设。框架剪力墙高层建筑结构作为二者有效结合，通过充分发挥二者优势有效协调水平方向变形，以此实现对侧向刚度增强的成效，最终提高结构抗震性能[1]。
2、框架-剪力墙结构设计的参数
剪力墙在框剪结构中受力通常由刚度λ表示，选用框架与剪力墙两者刚度比值，不考量梁体自身轴向与约束变形条件下，可通过以下公式表示：
式中：Cf为框架的等效刚度；EIw为折算后剪力墙等效刚度；H为建筑结构总高程。
通过多个研究实践显示，λ数值较小时，表明框架及剪力墙结构弯曲刚度比值较小，整体弯曲变形为弯剪型，具体而言建筑结构中剪力墙结构较多，建筑自振周期降低，整体刚度变大，同时地震力进一步增大，将其实际延展性减少，对建筑结构顶部造成影响。常规条件下，越多剪力墙可进一步增强结构抗震性能，但其实际数量存在峰值边界点，若超出该限值会形成负效应，结合实际数据显示，λ超过1.15最有助于框架剪力墙结构。
二、高层住宅框架-剪力墙结构抗震设计
1、高层住宅框架-剪力墙结构抗震设计要求及方法
现下规范抗震分析中选用协同工作计算方式，选取框架和剪力墙弹性刚度联合形成完整的结构模型，精准计算结构弹性自身周期，按照弹性刚度比值合理化配置于框架和剪力墙。高层住宅框剪结构抗震设计过程中，需明晰实际设计要求，主要体现在以下几方面：①控制连梁端部剪力不应超过0.15，以此确保连续梁具备充足的截面及抗剪能力；②连梁实际剪跨比应超过1.0，若其剪跨比较小条件下，可选取水平缝将其划分为两根等高连梁；③按照梁端实际抗弯配置数量，以及综合性考量钢筋超强效应，促使连梁实际承载力超过受弯承载力；④调整框架剪力。为承担因剪力墙开裂自身刚度弱化将其载荷转移至框架的剪力，并保证框架作为二道防线具备较强的承担剪力储备，保证二者协同条件下，优化框架剪力。框剪结构抗震设计方法为，严格结构两个主轴分别综合性考量水平地震影响，以此精准验算承载力和变形不足状况，地震作用的计算可选取多种方式实现，结合相关规范要求，规定处于水平力作用下，结构地层框架承担地震承载占比不同，不同状况选取设计方式不一[2]。
2、高层住宅框架-剪力墙结构抗震设计要点
2.1增强剪力墙抗震性
高层住宅框剪结构抗震设计过程中，剪力墙实际布设数量和部位，直接决定最终抗震性能，为增强整体抗震优势，需将其重点置于剪力墙数量及位置布设层面。一方面，剪力墙作为核心抗侧力构件，选取此种结构建议在两个主轴方向均布设剪力墙，形成双向抗侧力体系，主要因若仅单一在其中一个主轴上布设，会促使两个方向抗侧刚度差异性较大，增加结构整体扭转风险。同时，因风载荷和地震作用方向不确定性，若仅在其中一个主轴方向布设剪力墙，不利于抗风及抗震。剪力墙实际布设过程中，为保证其抗震强度建议增设抗震角，但不宜造成较大的扭转效应；抗震墙两端建议布设端柱，房屋较长，刚度较大纵向抗震墙不建议布设于房屋端开间；抗震墙洞口建议上下对齐，洞边距端柱应超过30mm。另一方面，关于剪力墙布设数量的问题。剪力墙实际数量过少，承担抗侧位移作用弱化，促使框架承载力增加，难以发挥框剪优势；剪力墙布设数量过多，促使平面灵活布设受限，结构抗推刚度过大，地震力加大，难以发挥其自身优势，剪力墙布设数量是否合理，可通过计算剪力墙分配到的总剪力判定，一般处于50%-80%为佳。
2.2改善框架结构抗震性
角柱作为横纵框架衔接关键介质，若想保证框架整体性，需将其角柱作为切入点，增加其实际抗剪力。为以免框架出现剪力滞后问题，可在其外侧结构平面没布设钢筋混凝土剪力墙墙板，增强框剪抵抗刚度和结构完整性，减少结构出现侧向位移，特别为楼层间实际移动。综合性考量其延性，需在墙板合理部位增设十字开口，促使结构产生薄弱点，从而得以延性耗能强。结构设计中加大偏斜交叉数量，通过弯曲替代轴边耗能，选取钢纤维混凝土制作支撑，利用钢杆制作偏心连接支撑，发生地震震级较高条件下，可选取该杆件完成屈服。此外，此类构件处于地震条件下因变形失效，变更结构稳定性同时，建筑结构自振频次变更，可有效防止建筑结构出现共振。
2.3提高整体抗震性
建筑结构设计过程中，利用结构控制实现整体屈服目标，处于框剪合理部位选取增设塑性铰方式，控制其自身作用部位、变形程度及次序，促使建筑物受地震作用下可有效形成耗能结构。水平构件处于水平作用下出现屈服，其次为竖向，框剪结构中剪力墙体积较大、数量合理增加，进一步增强其刚度，地震作用力增加。所以结构设计过程中，应充分考量建筑结构，布设建筑可承受最大位移。
三、实际案例分析
某高层住宅项目中实际总面积为83811m2,实际高度为82.7m，地上地下分别为26层、1层，该高层建筑主要涉及七幢住宅楼，其利用抗震缝将其分类。为保证建筑使用功能得以实现，其中商用空间主要为1-2层，普通住宅为3层以上，为保证其均满足抗侧力要求，选取框剪结构，2层顶面选取梁式转化传递剪力墙内力，底层框架结构及剪力墙加强区域内，均为一级设计抗震标准，框支架柱结构为特一级，其他部分为二级。通过现场及室内实践显示，综合性考量建筑使用要求，在住宅层增设转角窗降低结构刚度，增加墙体结构发生不规则扭转，不利于高层建筑结构抗震性。可通过增加地层外墙厚度，以及墙体周围布设端柱约束墙体，亦或增加配筋、轴压比控制，保证结构具有一定的延展性，提高抗地震等级。该结果主体为框剪结构，且选用现场浇筑钢筋混凝土施工方式，楼板为梁板式结构，满足结构协调性及刚度实际需求。
结束语
处于地震区域高层建筑中，选用框剪结构形式，汲取二者优势不仅获得较大使用空间、抗震性能。具体实践过程中，需综合性考量各方面因素，明晰其结构受力特征，合理化开展抗震设计，保证其结构刚度等吻合标准，减少地震对其带来的损失。
参考文献
【1】唐英丰,范坤诚.高层住宅楼框架-剪力墙结构的抗震性能分析[J].福建质量管理,2019(7):123.
【2】江韩,赵学斐.某超限高层框架-抗震墙结构方案优化设计与性能化分析[J].建筑结构,2019,49(10):1-5.