结构设计经验谈——框剪结构

结构设计经验谈——框剪结构

框架-剪力墙结构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。众所周知，框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。

一、水平荷载主要由剪力墙承受

从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约 80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框架剪力墙结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点，二者通过水平刚度较大的楼盖协同工作，在水平作用下呈弯剪型位移曲线，层间变形趋于均匀，比纯框架结构侧移小，非结构性破坏轻，其中剪力墙为主要抗侧力构件，框架起到二级防线作用，比剪力墙体系延性好，布置灵活。因此，框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远，当结构遭遇强烈地震时，剪力墙在其底部首先越过弹性变形阶段出现裂缝进而屈服，在出铰部位刚度大幅降低，刚度沿竖向发生突变，在塑性铰区发生塑性转动，从而带动上部的墙体发生刚体位移，再加上弯曲变形，顶部侧移激增，给与之相连的框架施加了很大的附加剪力。而此刻结构的层间侧移角还远小

于框架的弹性变形值，框架尚未充分发挥其自身的水平抗力。剪力墙和框架之间刚度比值的变化也会引起地震作用的重新分配，增加了框架的负担，使得框架的延性降低，无法有效地担当起二道防线的作用。另外，框剪结构多用于 10～25 层左右的商住楼，根据工程设计实践，这一类层数的房屋自振周期大都在 0.7～1.7s，与某些地区的地震卓越周期较接近。如1985年墨西哥太平洋岸的 8.1 级地震，共有 164 幢 6～20 层的房屋倒塌，其中倒塌率最高是 10～15 层的建筑， 5 层以下和 25 层以上的破坏较轻。 1975 年我国海城地震、而在1977 年罗马尼亚的弗兰恰地震(卓越周期 1.4s?)中，倒塌最多的也是十几层的建筑物。当楼层多于 14 层时，地震力的大小和破坏率都有一个明显的陡然增大的趋势。因此，采取一些经济实用的方法来改善框剪结构的抗震性能，提高结构的可靠度就显得尤为必要。结构控制理论为多种建 (构 )筑物的抗震设计提供了一条有效可行的新途径。二、改善框剪结构抗震性能的有关措施