天津喜邦建筑工程设计有限公司天津300000
【摘要】框架-剪力墙结构，是在框架结构体系的基础上增设了一定数量的纵向和横向剪力墙所组成的结构体系。是将框架结构和剪力墙结构结合起来，融为一体，取长补短，使整个结构的抗侧刚度适当，并能根据水平力作用的大小提供足够而不过分的承载力。本文通过对框架剪力墙结构抗震设计的实例分析和比较，并且针对框架剪力墙结构抗震的性能和技术进行相关的探讨，并通过对该结构的整体性能分析，以满足不同建筑功能要求。
【关键词】框架-剪力墙结构；抗震设计；关键技术
框架-剪力墙结构由于兼备框架和剪力墙的特征，在高层建筑中得到了广泛应用。如何提高框剪结构的抗震性能，也成为建筑领域的研究重点，其焦点就是如何将剪力墙与框架结构的形变特征和谐起来，使得建筑在地震中体现出框架和剪力墙的结构优势，抵抗地震产生的破坏。
一、框架和剪力墙的受力特征
高层建筑框架结构的形变，呈现出来的往往是剪切型的特征，位移越高其变化越慢，曲线形式为开口型，即形变曲线为剪切型。纯框架结构的建筑中期形变曲线都是类似的。所以，水平的受力会按照各个框架的抗推刚度D比例分配。而剪力墙的位移曲线所呈现的是悬臂弯曲梁的特征，位移越高其增大的速度越快，呈现出来的是弯形开口的曲线。在平面范围内具备很大的抗弯曲强度，在普通的剪力墙结构中，所有抗侧力的建筑构件受力侧移的曲线均相似，即水平的力在各个剪力墙之间按照等效的刚度来分配。
二、实例分析
1.工程概况。某工程其中主楼22层，带6层裙房，檐口高度97．5m，室内外高差0.4m，标准层层高4.6m，由于建筑使用功能的要求，以及主楼存在结构楼板局部不连续、竖向立面尺寸突变的特点，并且为了满足建筑平面叠合面积小于较小边25%的设计要求，克服平面不规则性以及竖向不规则性问题，以及为了充分保证抗震性能，经探讨采用框架-剪力墙结构体系。
2.结构受力分析。在该建筑工程中，由于结构楼板不连续，且存在扭转不规则问题，因此会导致楼板在承受和传递竖向力的同时，把水平力传递和分配给竖向抗侧力构件的情况。此外由于结构楼板是强度构件，楼板的抗震设计中，除了竖向力引起的平面外弯矩、扭矩和横向剪力以外，还存在着协调变形，以及传递和分配水平力时产生的平面内剪力和轴力，这对建筑结构的抗震性能构成了一定的威胁，在抗震设计中应充分考虑相关因素，避免出现漏力现象，对抗震结构造成不可修复的损伤。同时由干剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远，抗震性能较差，改善框剪结构的抗震性能就显得尤为必要。
3.建筑物抗震性能要求。为了满足该工程的结构安全性能的要求，应该按照以下的规范进行抗震性能设计：第一，根据《建筑物抗震设计规范》的要求，建筑物首先能够达到的抗震标准是“小震不坏，大震不倒”。根据构件的类型不同和建筑的受力性质的不同以及每个部分的重要性不同，又有具体的抗震要求。第二，使用震型分解反应谱的方法来进行弹性设计分析，按照50年的基准期进行设计。建筑构件的配筋和断面尺寸需要按照高层建筑物规范和抗震规范等规定的荷载组合进行计算。在我国现有的规范的约束下，对于建筑物的抗震性能做出了详细的目标分类，详细情况见下表。对于建筑物的抗震设防标准来说，这里建筑物的地面粗糙度为B类，基本风压按照以下标准：对于50年一遇来说，风压为0.50kN/m2；如果是100年一遇的情况，则基本风压为0.60kN/m2。
4.框剪-剪力墙结构抗震设计准则。框剪-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，但针对本工程的特殊性，常规的承载力设计法已经不能完全满足本工程的结构安全性要求，因此按下列理念作为结构抗震设计的准则。
（1）框架结构分析。由于建筑的框架结构仅仅满足结构总体布置的一般原则，只能承受自身平面内的水平力，为了克服该工程楼板平面不规则性以及竖向不规则性问题，在结构设计中还应该考虑下面的一些要求：针对抗震设防的框架结构的设计，需要对横向和纵向框架结构采取刚接框架的设计方案，并且设计成双向梁柱抗侧力体系；其次框架梁、柱中心线宜重合；框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体，应避免其布置格局形成上下层刚度变化过大的情况，同时避免形成短柱和减少因抗侧移刚度偏心所造成的扭转；此外在进行框架结构抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合承重形式，否则对建筑物的抗震不利。
（2）剪力墙结构分析。剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。剪力墙结构能有效地承担各类荷载引起的内力，以及控制结构的水平力，同时承受竖向力能力也较大，横向刚度大，但剪力墙结构的延展性比较差，为了增加水平面的抗剪能力，必须增加剪力墙的设计厚度，不利于空间利用率的提升，通常情况下剪力墙结构只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身宿舍。而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中，一般在30m高度范围内适用。同时针对本工程属于高层建筑的情况，其上层设计中，若采用剪力墙结构，并且达到抗震设计要求，其空间可用率和设计成本均与实际设计标准都出现较大矛盾，不合理现象严重。
（3）框架和剪力墙的协调设计准则。通过系统的分析与探讨，发现框架和剪力墙结构存在着各自的优点和弊端，框架结构建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间，但它的缺点是抵抗水平荷载的能力较差，而剪力墙结构则相反。为了满足抗震强度设计要求，提高空间利用率，一般在进行像该工程项目的建设中，采用框架剪力墙的负荷结构。在框架-剪力墙结构中，框架和剪力墙是协调工作的，剪力墙主要承受水平荷载，框架主要承受垂直荷载，两种结构协调应用，以满足本工程的高层设计要求。
5.框架-剪力墙结构抗震设计
（1）基于框架-剪力墙结构的抗震设计。结合该工程的设计要求，以及充分考虑相关设计因素的限制，在对框架-剪力墙结构的抗震设计过程中，需要充分考虑下列要求：设计上应保证连梁弯曲破坏先于剪切破坏，在连梁内充分配箍可配置交叉斜筋，保证梁内塑性铰的出现。在结构布置上，上部住宅要采用大开间剪力墙，这样能有效的减小上、下结构刚度比，下部大底盘大空间的框支柱及所有抗震墙混凝土强度等级要采用C50（5层以上塔楼混凝土强度等级改为C40到C30），以达到剪力墙数量优化。同时将所有框支柱的箍筋沿15层通长加密，将转换层柱子伸至主体6层柱内，部分主筋伸至更高一层，以减少竖向刚度的差异。这样能加强框架的角柱抗震性能，从而达到框架结构整体抗震性能。
（2）基于框架-剪力墙结构位移的抗震设计。这种设计的特点是，根据结构本身的特点将其性能分为三个层次：防倒塌，保护人和正常使用，而各层之间的位移和角度的限制就是对这三个层次的一个量化。我们研究所使用的模式是等截面弯剪悬臂杆的侧移，然而其荷载的分布显然是呈倒三角形分布的，这既是所谓的侧移模式。对于将侧移曲线上的弯曲点所对应的楼层处的楼层之间的位移角就应该是达到所对应的限制时的目标侧移曲线。我们可以根据这个模型的原理，通过调整曲线上的点位移角的结构，对应到现实的楼层当中，就可以使建筑物按照人们的想法进行抗震的要求设计。
框剪结构构件的尺寸优化虽然比较重要，但是总体结构的概念设计和整体优化更加重要，它是结构优化的重要组成部分。在对框剪结构进行设计时，要尽量遵循剪力墙布置对称，受力均匀分散等原则要求，以保证框剪结构在抗震方面能够充分发挥作用。
参考文献：
[1]孙雪兰.浅谈高层剪力墙结构的优化设计[J].山西建筑，2010，36（24）：58-59.
[2]张瑞文.框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J].山西建筑，2013，36（1）：78-79.
[3]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2011，36（5）：73-74.