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孟振
河南省建筑设计研究院有限公司 河南省 450014
摘要：近年来随着城市的发展高层公共建筑大量出现，高层公共建筑对建筑功能、公共空间及环境质量的要求日益提高，框架—剪力墙结构因既能为建筑的使用功能提供较大的平面空间，又具有较大的抗侧力刚度和良好的抗震性能，而广泛应用于高层办公、酒店、公寓、实验楼、病房综合楼等公共建筑。本文结合工程实例，对框架—剪力墙结构受力特性和良好的抗震性能进行分析。
关键词：框架—剪力墙结构；结构特性；混凝土强度；轴压比
1.框架—剪力墙结构的结构特性
1.1 变形特点
框架—剪力墙结构由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成。剪力墙结构在侧向水平力作用下相当于一个竖向悬臂弯曲构件，其顶点位移与高度的四次方呈正比例关系，变形呈弯曲型，楼层越高水平位移增长越快，楼层剪力在各道剪力墙之间按等效刚度比例进行分配；框架结构在水平力作用下的变形呈剪切型，楼层越高水平位移增长越慢，在纯框架结构中，楼层剪力按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配；框剪结构中框架和剪力墙通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移必须相同，所以框剪结构在水平力作用下的变形曲线呈反“S”型的弯剪型位移曲线。框剪结构中层间位移最大值通常发生在（0.4～0.8）H范围的楼层。
均布荷载下：
倒三角荷载下：
式中：H—总高度；
EI—弯曲刚度
1.2 受力特点
框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平力作用下，由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层，因剪力墙变形小，它约束框架变形因而使剪力墙承担了大部分剪力；相反，在上部楼层剪力墙位移越来越大，而框架的变形反而越来越小，所以框架除了负担本身水平位移作用下的那部分剪力之外还负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，框架承担的剪力也是不容忽视的。框剪结构在侧向力作用下，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各楼层剪力分布情况是随着楼层高度的变化而变化，并与结构刚度特征值λ直接相关。
1.3抗震設计
高层框剪结构中，剪力墙刚度往往比框架的刚度大很多，水平力将主要由剪力墙承担。结构刚度过小，会因结构产生过大的变形而无法满足计算和正常使用要求；结构刚度过大，则自振周期相应减小，地震作用相应增大，从经济上造成不必要的浪费。因此，剪力墙的合理配置是结构抗震性能与经济合理性的关键问题。
2.框架—剪力墙结构设计实例
2.1 医院病房综合楼
某市中医院病房综合楼楼长60.7m，宽22.3m，地上二十层（第五层为手术室设备夹层），地下两层，周边地下车库一层。地下二层层高为5.8m，地下一层层高为5.8m，一层和四层层高为4.5m，设备夹层层高为3.0m，其余层层高均为3.8m；室内外高差为0.3m，建筑物总高度76.90m，标准层总长度60.7m，总宽度为22.30m。抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。
主楼为A级高度现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，建筑抗震设防类别为重点设防类。钢筋混凝土结构抗震等级：主楼和地下一层车库为框架二级，剪力墙二级；主楼地下二层为框架三级，剪力墙三级。根据《动参数报告》确定的地震影响系数曲线低于规范规定的系数曲线。主楼基础采用筏板基础，地基采用φ600 CFG桩复合地基进行处理。
高层框架—剪力墙结构建模前要根据建筑功能整理好各房间面层荷载和活荷载，建模时一般每4～5层取为一个标准层，同一个标准层结构布置相同，墙柱截面尺寸主要由轴压比控制，最上边标准层柱截面一般取600*600，砼强度C30，往下根据轴压比灵活调整，每个标准层砼强度可递增1～2个等级，截面增加以100为模数；与墙相连的短肢剪力墙易轴压比超限，但考虑建筑功能限制及结果经济性分析，与柱相连的短肢剪力墙和与其相连的端柱混凝土强度等级可与同层框架柱相同，但较长剪力墙采用强度较高混凝土时容易产生裂缝，故长墙混凝土强度不宜高于C40，框架柱混凝土强度；边轴线上柱子宽度影响立面窗户时可做成扁柱，保持上下层柱宽度一致；公建因建筑功能限制框架梁不能加腋时，与之相连的框架柱应采取有效加强措施。
本工程车库筏板基础与主楼筏板基础所处标高相差一层，中间用600厚现浇混凝土墙连接；本工程第4层为手术室，第5层为手术室用的设备夹层，手术室层层高相对较大，设备夹层层高一般较小，此处易形成薄弱层，一般可采取增加夹层层高或加大手术室层墙柱截面来调节上下层刚度比。
2.1某公寓楼
某项目2#楼总高度98.900m，标准层总长度55.80m，总宽度为23.40m。地下三层，地上三十层，一～四层为商业，四层以上均为公寓。抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。
本工程为A级高度现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地基采用天然地基，基础型式为筏板基础。抗震等级：公寓：三级，商业：二级。
本楼剪力墙布置受限于上下层建筑功能不同，造成多处不能布置较长的剪力墙。该楼裙房四层，主楼在四层顶处收缩2跨，收缩超过25%，属于竖向突变，裙房屋面板厚采用120mm，配筋双层双向；框架柱和端柱的箍筋在此两层沿柱全高加密；裙房与主楼相连，主楼结构在裙房顶板对应的上下各一层受刚度与承载力突变影响较大，考虑强柱弱梁的概念设计，加大柱延性，按提高半度的要求控制轴压比限值：二级框架柱按0.8控制，二级、三级剪力墙按0.55控制，对裙房顶板对应的相邻上下各一层采取以上加强构造措施。本工程结构自振周期3.57s，处于反应谱的位移控制段（自振周期大于特征周期的5倍，小于6秒），计算时强、弱轴方向动位移系数比例改为1，各楼层均需乘以增大系数。
2.2某酒店
某项目7#楼建筑高度为57.9m，平面长度为41.4m，宽度为36.85m。地下两层，地上十六层，裙房两层，标准层平面为L形；地下二层为地下汽车库及设备用房，地下一层为酒店厨房、员工餐厅及设备用房，一层为酒店配套用房及商铺，二层快捷酒店餐厅及配套办公用房，三层至十二层为快捷酒店，十三层至十六层为产权式酒店，屋顶塔楼为电梯机房。地下二层层高3.6m，地下一层层高6.4m，地上一层层高为4.8m，二层层高为4.0m，三～十二层层层高为3.6m，十三～十六层层高为3.2m，塔楼层高4.5m，室内外高差0.30m；抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.15g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅲ类。
本工程平面为L形，建设方要求走廊吊顶后净高至少2.4米，包括上层层高3.2米的产权式酒店，下部层高3.6米的快捷酒店走廊内梁高600mm，上部3层高3.1米的快捷酒店走廊内梁高控制在400mm；核心筒位于L形内转角部位。根据建设方要求只能设置3排柱网，由此本工程布置了较多的带边框剪力墙来减小梁跨度，带边框剪力墙上应设置暗梁，梁高可与相连的框架梁相同也可取墙厚的2倍。
3.结语
框架-剪力墙结构计算指标时，往往要通过逐步增加或者减少剪力墙来调节各项指标，通过微调对比结果来确定合适的剪力墙数量和位置；适当减小梁高可以减弱刚度，以此可以框架调节吸收的地震力，能够合理的控制成本。
参考文献：
[1] 《混凝土结构设计规范 》（GB 50010-2010）
[2] 《建筑抗震设计规范 》（GB 50011-2010）
[3] 《高层建筑混凝土结构技术规程 》（JGJ 3-2010）
河南省建筑设计研究院有限公司 河南省 450014
摘要：近年来随着城市的发展高层公共建筑大量出现，高层公共建筑对建筑功能、公共空间及环境质量的要求日益提高，框架—剪力墙结构因既能为建筑的使用功能提供较大的平面空间，又具有较大的抗侧力刚度和良好的抗震性能，而广泛应用于高层办公、酒店、公寓、实验楼、病房综合楼等公共建筑。本文结合工程实例，对框架—剪力墙结构受力特性和良好的抗震性能进行分析。
关键词：框架—剪力墙结构；结构特性；混凝土强度；轴压比
1.框架—剪力墙结构的结构特性
1.1 变形特点
框架—剪力墙结构由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成。剪力墙结构在侧向水平力作用下相当于一个竖向悬臂弯曲构件，其顶点位移与高度的四次方呈正比例关系，变形呈弯曲型，楼层越高水平位移增长越快，楼层剪力在各道剪力墙之间按等效刚度比例进行分配；框架结构在水平力作用下的变形呈剪切型，楼层越高水平位移增长越慢，在纯框架结构中，楼层剪力按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配；框剪结构中框架和剪力墙通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作用下，使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移必须相同，所以框剪结构在水平力作用下的变形曲线呈反“S”型的弯剪型位移曲线。框剪结构中层间位移最大值通常发生在（0.4～0.8）H范围的楼层。
均布荷载下：
倒三角荷载下：
式中：H—总高度；
EI—弯曲刚度
1.2 受力特点
框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平力作用下，由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层，因剪力墙变形小，它约束框架变形因而使剪力墙承担了大部分剪力；相反，在上部楼层剪力墙位移越来越大，而框架的变形反而越来越小，所以框架除了负担本身水平位移作用下的那部分剪力之外还负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，框架承担的剪力也是不容忽视的。框剪结构在侧向力作用下，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例和框架各楼层剪力分布情况是随着楼层高度的变化而变化，并与结构刚度特征值λ直接相关。
1.3抗震設计
高层框剪结构中，剪力墙刚度往往比框架的刚度大很多，水平力将主要由剪力墙承担。结构刚度过小，会因结构产生过大的变形而无法满足计算和正常使用要求；结构刚度过大，则自振周期相应减小，地震作用相应增大，从经济上造成不必要的浪费。因此，剪力墙的合理配置是结构抗震性能与经济合理性的关键问题。
2.框架—剪力墙结构设计实例
2.1 医院病房综合楼
某市中医院病房综合楼楼长60.7m，宽22.3m，地上二十层（第五层为手术室设备夹层），地下两层，周边地下车库一层。地下二层层高为5.8m，地下一层层高为5.8m，一层和四层层高为4.5m，设备夹层层高为3.0m，其余层层高均为3.8m；室内外高差为0.3m，建筑物总高度76.90m，标准层总长度60.7m，总宽度为22.30m。抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。
主楼为A级高度现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，建筑抗震设防类别为重点设防类。钢筋混凝土结构抗震等级：主楼和地下一层车库为框架二级，剪力墙二级；主楼地下二层为框架三级，剪力墙三级。根据《动参数报告》确定的地震影响系数曲线低于规范规定的系数曲线。主楼基础采用筏板基础，地基采用φ600 CFG桩复合地基进行处理。
高层框架—剪力墙结构建模前要根据建筑功能整理好各房间面层荷载和活荷载，建模时一般每4～5层取为一个标准层，同一个标准层结构布置相同，墙柱截面尺寸主要由轴压比控制，最上边标准层柱截面一般取600*600，砼强度C30，往下根据轴压比灵活调整，每个标准层砼强度可递增1～2个等级，截面增加以100为模数；与墙相连的短肢剪力墙易轴压比超限，但考虑建筑功能限制及结果经济性分析，与柱相连的短肢剪力墙和与其相连的端柱混凝土强度等级可与同层框架柱相同，但较长剪力墙采用强度较高混凝土时容易产生裂缝，故长墙混凝土强度不宜高于C40，框架柱混凝土强度；边轴线上柱子宽度影响立面窗户时可做成扁柱，保持上下层柱宽度一致；公建因建筑功能限制框架梁不能加腋时，与之相连的框架柱应采取有效加强措施。
本工程车库筏板基础与主楼筏板基础所处标高相差一层，中间用600厚现浇混凝土墙连接；本工程第4层为手术室，第5层为手术室用的设备夹层，手术室层层高相对较大，设备夹层层高一般较小，此处易形成薄弱层，一般可采取增加夹层层高或加大手术室层墙柱截面来调节上下层刚度比。
2.1某公寓楼
某项目2#楼总高度98.900m，标准层总长度55.80m，总宽度为23.40m。地下三层，地上三十层，一～四层为商业，四层以上均为公寓。抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。
本工程为A级高度现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地基采用天然地基，基础型式为筏板基础。抗震等级：公寓：三级，商业：二级。
本楼剪力墙布置受限于上下层建筑功能不同，造成多处不能布置较长的剪力墙。该楼裙房四层，主楼在四层顶处收缩2跨，收缩超过25%，属于竖向突变，裙房屋面板厚采用120mm，配筋双层双向；框架柱和端柱的箍筋在此两层沿柱全高加密；裙房与主楼相连，主楼结构在裙房顶板对应的上下各一层受刚度与承载力突变影响较大，考虑强柱弱梁的概念设计，加大柱延性，按提高半度的要求控制轴压比限值：二级框架柱按0.8控制，二级、三级剪力墙按0.55控制，对裙房顶板对应的相邻上下各一层采取以上加强构造措施。本工程结构自振周期3.57s，处于反应谱的位移控制段（自振周期大于特征周期的5倍，小于6秒），计算时强、弱轴方向动位移系数比例改为1，各楼层均需乘以增大系数。
2.2某酒店
某项目7#楼建筑高度为57.9m，平面长度为41.4m，宽度为36.85m。地下两层，地上十六层，裙房两层，标准层平面为L形；地下二层为地下汽车库及设备用房，地下一层为酒店厨房、员工餐厅及设备用房，一层为酒店配套用房及商铺，二层快捷酒店餐厅及配套办公用房，三层至十二层为快捷酒店，十三层至十六层为产权式酒店，屋顶塔楼为电梯机房。地下二层层高3.6m，地下一层层高6.4m，地上一层层高为4.8m，二层层高为4.0m，三～十二层层层高为3.6m，十三～十六层层高为3.2m，塔楼层高4.5m，室内外高差0.30m；抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.15g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅲ类。
本工程平面为L形，建设方要求走廊吊顶后净高至少2.4米，包括上层层高3.2米的产权式酒店，下部层高3.6米的快捷酒店走廊内梁高600mm，上部3层高3.1米的快捷酒店走廊内梁高控制在400mm；核心筒位于L形内转角部位。根据建设方要求只能设置3排柱网，由此本工程布置了较多的带边框剪力墙来减小梁跨度，带边框剪力墙上应设置暗梁，梁高可与相连的框架梁相同也可取墙厚的2倍。
3.结语
框架-剪力墙结构计算指标时，往往要通过逐步增加或者减少剪力墙来调节各项指标，通过微调对比结果来确定合适的剪力墙数量和位置；适当减小梁高可以减弱刚度，以此可以框架调节吸收的地震力，能够合理的控制成本。
参考文献：
[1] 《混凝土结构设计规范 》（GB 50010-2010）
[2] 《建筑抗震设计规范 》（GB 50011-2010）
[3] 《高层建筑混凝土结构技术规程 》（JGJ 3-2010）