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摘要：本文阐述了框架-剪力墙结构体系的受力特点，对高层建筑框架剪力墙结构设计进行了分析探讨。
关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计；分析
1 框架-剪力墙结构体系的受力特点
框架是由梁柱线性杆件组成的，框架的受力特点类似竖向悬臂剪切梁，其变形曲线为剪切形，在纯框架的结构中，所有框架的变形曲线都是类似的，所以，水平力按各框架的抗推刚度D 比例分配，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线为弯曲形，在平面内有很大的抗弯曲刚度，在一般剪力墙结构中，所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的，水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI 比例分配，框架- 剪力墙结构体系的受力特点。在同一结构单元中，二者是通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起的，以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形，它们在同一楼层的位移必须相等，在不考虑扭转的情况下，由于框架与剪力墙共同工作，彼此相互作用，这样，在框架- 剪力墙结构上部，剪力墙被框架向后拉，在框架- 剪力墙结构下部，剪力墙被框架向前推，而框架的受力情况正好与此相反，沿竖向剪力墙与框架之间水平力的分配不是一个定值，它随着楼层的改变而改变，水平力在框架与剪力墙之间既不按等效刚度EI 分配，也不能按抗推刚度D 分配，框架-剪力墙结构中，顶部剪力不为零，这是因为顶部剪力墙共同工作，相互之间必然产生荷载；框架的最大剪力值在结构中部，框架底部剪力为零，全部剪力均由剪力墙承担。
2 高层建筑框架-剪力墙结构设计应用
2.1 工程实例
某工程为地下1 层（设备层）地上20 层的办公楼，东西长48.3m、南北宽17.4m，建筑高度79.8m，建筑面积19268m2。建筑平面成矩形，屋顶设有水箱间、电梯间、楼梯间。根据建筑高度及功能要求，本工程采用框架剪力墙结构形式。
2.2 框架- 剪力墙结构中剪力墙的布置
2.2.1 框架———剪力墙结构平面布置。结构的平面布置较为简单，呈矩 形布置。由于对功能的要求，一层设有大面积共享空间，根据《高规》第3.6.3 条，采取了以下加强措施：（a）将地下室顶板厚度设为180mm，将第一、二结构层的楼面设为120mm，并且都采取双层双向配置钢筋。（b）将洞口周边的框架梁加宽，加强结构的整体性和抗扭刚度，减小地震作用下的扭转效应。（c）计算中将第一结构层的楼板设置为弹性楼板。《高规》第8.1.7条要求剪力墙宜采用周边、对称的布置。但由于使用功能的要求，导致本工程剪力墙布置过于集中在建筑的两端，同时与剪力墙连接的楼板，多有设备管道留洞。为加强楼板的整体性，设备管线安装后均采用后浇混凝土封堵，确保结构整体受力。
2.2.2 框架———剪力墙结构竖向布置。本工程结构采用现浇钢筋混凝 土框架剪力墙体系，竖向体型比较规则，局部1-4 层外挑3.00m。为了使结构的竖向刚度均匀变化，框架柱截面在第5 层以下为950mm×950mm，第6 层至第12 层变为850mm×850mm，第13 層至顶层为700mm×700mm。底部加强层为负一层到第3 层，剪力墙厚为350mm，第4-8 层墙厚为300mm，第9 层到顶层为250mm。墙、柱混凝土强度等级地下一层到3 层C45，4 到14 层C40，14 层以上C35。以上调整力求做到自下而上刚度逐渐均匀减小，竖向抗侧力构件连续，承载力无突变。
3 确定剪力墙的厚度
在框剪结构中剪力墙宜有边缘约束构件即：边框柱和边框梁，在规范中有规定：带边框剪力墙的截面厚度为：（1）抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不宜小于层高的1/16；（2）其他情况不应小于160mm，且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2 倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全（包括在施工中混凝土浇筑时由于浇筑质量不高所造成的隐患等等）经济合理（合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑，主要是涉及到最小配筋率的问题）等特点。鉴于此，剪力墙的厚度在满足层高的1/16 或者1/20 的前提下，取200mm 为宜。
在这里应该强调的一点是，一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高，从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。但还应该注意到，墙体的厚度对墙体稳定性的影响其重要性是不言而喻的。因此要在保证墙体稳定性的前提下，尽量不把层高较高楼层的剪力墙做的太厚。
4 剪力墙合理数量的确定
剪力墙的合理数量按许可位移决定，按高层建筑规范中一般装修材料，框架— 剪力墙结构顶点位移与高之比u/H 不宜大于1/700，装修要求较高时u/H 不宜超过1/850，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。
用结构自振周期校核剪力墙布置数量是否合理，因为从地震作用本身来分析，剪力墙结构刚度小，地震作用小，位移限制能宽松的满足，但这种结构在工程上有可能不很合理，结构的自振周期有可能不在合理范围内，结构自振周期的合理范围大致在：
T1=（0.09- 0.12）NS
式中：NS———楼层数
剪力墙数量多框架— 剪力墙结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。日本震害调查表明：当每m2 楼面平均剪力墙长度少于50mm 长时，震害严重；在50 — 150mm 之间时，震害中等；长150mm 以上，震害轻微，目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况，建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
5 框架-剪力墙中连梁设计
框架-剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。
当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施：
5.1 对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减少其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5.21 规定，在内力与位移计算中，抗震设计的框架- 剪力墙或剪力墙结构中的连梁可予以折减，折减系数不宜小于0.5。结构设计中，连梁折减系数一般取0.7。
5.2 若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。
5.3 为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙（柱）弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。
5.4 不宜将楼面主梁支承在连梁上。
框架剪力墙结构在设计过程中应加强对结构的关键部位和薄弱环节的设计，减少不必要的墙体布置，从而使结构的刚度、位移角、周期比等满足规范的要求，达到结构方案安全、经济合理的要求。
参考文献：
[1] 王珺，徐 勤.钢筋混凝土框架结构优化设计探讨[J] .工程与建设，2010，（09）.
[2] 谢凡，沈蒲生.框架-剪力墙混合结构层模型试验研究[ J] . 湖南大学学报（自然科学版），2010，（11）.
关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计；分析
1 框架-剪力墙结构体系的受力特点
框架是由梁柱线性杆件组成的，框架的受力特点类似竖向悬臂剪切梁，其变形曲线为剪切形，在纯框架的结构中，所有框架的变形曲线都是类似的，所以，水平力按各框架的抗推刚度D 比例分配，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线为弯曲形，在平面内有很大的抗弯曲刚度，在一般剪力墙结构中，所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的，水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI 比例分配，框架- 剪力墙结构体系的受力特点。在同一结构单元中，二者是通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起的，以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形，它们在同一楼层的位移必须相等，在不考虑扭转的情况下，由于框架与剪力墙共同工作，彼此相互作用，这样，在框架- 剪力墙结构上部，剪力墙被框架向后拉，在框架- 剪力墙结构下部，剪力墙被框架向前推，而框架的受力情况正好与此相反，沿竖向剪力墙与框架之间水平力的分配不是一个定值，它随着楼层的改变而改变，水平力在框架与剪力墙之间既不按等效刚度EI 分配，也不能按抗推刚度D 分配，框架-剪力墙结构中，顶部剪力不为零，这是因为顶部剪力墙共同工作，相互之间必然产生荷载；框架的最大剪力值在结构中部，框架底部剪力为零，全部剪力均由剪力墙承担。
2 高层建筑框架-剪力墙结构设计应用
2.1 工程实例
某工程为地下1 层（设备层）地上20 层的办公楼，东西长48.3m、南北宽17.4m，建筑高度79.8m，建筑面积19268m2。建筑平面成矩形，屋顶设有水箱间、电梯间、楼梯间。根据建筑高度及功能要求，本工程采用框架剪力墙结构形式。
2.2 框架- 剪力墙结构中剪力墙的布置
2.2.1 框架———剪力墙结构平面布置。结构的平面布置较为简单，呈矩 形布置。由于对功能的要求，一层设有大面积共享空间，根据《高规》第3.6.3 条，采取了以下加强措施：（a）将地下室顶板厚度设为180mm，将第一、二结构层的楼面设为120mm，并且都采取双层双向配置钢筋。（b）将洞口周边的框架梁加宽，加强结构的整体性和抗扭刚度，减小地震作用下的扭转效应。（c）计算中将第一结构层的楼板设置为弹性楼板。《高规》第8.1.7条要求剪力墙宜采用周边、对称的布置。但由于使用功能的要求，导致本工程剪力墙布置过于集中在建筑的两端，同时与剪力墙连接的楼板，多有设备管道留洞。为加强楼板的整体性，设备管线安装后均采用后浇混凝土封堵，确保结构整体受力。
2.2.2 框架———剪力墙结构竖向布置。本工程结构采用现浇钢筋混凝 土框架剪力墙体系，竖向体型比较规则，局部1-4 层外挑3.00m。为了使结构的竖向刚度均匀变化，框架柱截面在第5 层以下为950mm×950mm，第6 层至第12 层变为850mm×850mm，第13 層至顶层为700mm×700mm。底部加强层为负一层到第3 层，剪力墙厚为350mm，第4-8 层墙厚为300mm，第9 层到顶层为250mm。墙、柱混凝土强度等级地下一层到3 层C45，4 到14 层C40，14 层以上C35。以上调整力求做到自下而上刚度逐渐均匀减小，竖向抗侧力构件连续，承载力无突变。
3 确定剪力墙的厚度
在框剪结构中剪力墙宜有边缘约束构件即：边框柱和边框梁，在规范中有规定：带边框剪力墙的截面厚度为：（1）抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不宜小于层高的1/16；（2）其他情况不应小于160mm，且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2 倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全（包括在施工中混凝土浇筑时由于浇筑质量不高所造成的隐患等等）经济合理（合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑，主要是涉及到最小配筋率的问题）等特点。鉴于此，剪力墙的厚度在满足层高的1/16 或者1/20 的前提下，取200mm 为宜。
在这里应该强调的一点是，一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高，从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。但还应该注意到，墙体的厚度对墙体稳定性的影响其重要性是不言而喻的。因此要在保证墙体稳定性的前提下，尽量不把层高较高楼层的剪力墙做的太厚。
4 剪力墙合理数量的确定
剪力墙的合理数量按许可位移决定，按高层建筑规范中一般装修材料，框架— 剪力墙结构顶点位移与高之比u/H 不宜大于1/700，装修要求较高时u/H 不宜超过1/850，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。
用结构自振周期校核剪力墙布置数量是否合理，因为从地震作用本身来分析，剪力墙结构刚度小，地震作用小，位移限制能宽松的满足，但这种结构在工程上有可能不很合理，结构的自振周期有可能不在合理范围内，结构自振周期的合理范围大致在：
T1=（0.09- 0.12）NS
式中：NS———楼层数
剪力墙数量多框架— 剪力墙结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。日本震害调查表明：当每m2 楼面平均剪力墙长度少于50mm 长时，震害严重；在50 — 150mm 之间时，震害中等；长150mm 以上，震害轻微，目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况，建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
5 框架-剪力墙中连梁设计
框架-剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。
当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施：
5.1 对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减少其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5.21 规定，在内力与位移计算中，抗震设计的框架- 剪力墙或剪力墙结构中的连梁可予以折减，折减系数不宜小于0.5。结构设计中，连梁折减系数一般取0.7。
5.2 若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。
5.3 为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙（柱）弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。
5.4 不宜将楼面主梁支承在连梁上。
框架剪力墙结构在设计过程中应加强对结构的关键部位和薄弱环节的设计，减少不必要的墙体布置，从而使结构的刚度、位移角、周期比等满足规范的要求，达到结构方案安全、经济合理的要求。
参考文献：
[1] 王珺，徐 勤.钢筋混凝土框架结构优化设计探讨[J] .工程与建设，2010，（09）.
[2] 谢凡，沈蒲生.框架-剪力墙混合结构层模型试验研究[ J] . 湖南大学学报（自然科学版），2010，（11）.