框架—开缝组合钢板墙结构的抗震设计研究

魏 勃

（中国民航机场建设集团公司 北京 100621）

【摘要】框架—开缝组合钢板墙结构能够用比较高的抗侧刚度和较高的承载能力，以及有力的延性和耗能性，来加强建筑体的抗震能力，这种方法也广泛的被应用在实际建筑工作中。本文主要探讨了框架—开缝组合钢板墙结构特点和设计方法，对于建筑防震事业起到了积极的作用。

【关键词】开缝钢板；防震；抗侧刚度；钢板剪力墙

1. 框架—开缝组合钢板墙的结构特点

随着社会经济的不断发展和腾飞，高层的建筑体矗立在世界的每个角落，施工对抗震性能要求也非常高。框架-- 开缝组合钢板墙已经被建筑行业广泛应用，并取得了良好的抗震效果。建筑在大连的330 米高的国贸大厦，坐落在北京的新保利大楼高100 米，北京155 米高的财富中心，都应用了这种建筑结构。日本的房屋抗震性能比较高，也是因为他们很好的应用了开缝组合钢板墙。钢建筑框架结构中填入钢板墙可以提高建筑的抗侧刚度，增强在比较严重的地震作用下的耗能能力。开缝钢板墙的设计思路是要在钢板上设立一些平行排列的竖立的缝隙，通过这些缝隙间间板带的变形和弯曲，来加强钢板墙的伸缩变形能力。框架—钢板墙结构，就是指在框架结构中建筑一些剪力墙，这样，空间使用起来就比较灵活，满足不同的格局需求。这种结构的受力很有特点：由于框架和剪力墙具有不同的抗力形式，形成了共同的新的受力形式。框架—开缝组合钢板墙的变形特点是成反S 形状的弯剪形曲线，框架的下部位移迅速增长，而上部则增长缓慢，剪力强则是相反的状态。侧位移小的钢板墙对框架有帮助，能将框架拉向左边，使剪力强和框架两者之间的内力分区趋于合理。

2. 框架—开缝组合钢板墙的设计原则

框架—开缝组合钢板墙的设计首先要满足框架及开缝组合钢板的各自相关设计原则，还应该满足以下特殊原则：

①框架—开缝组合钢板墙结构中的剪力强设计应该按对称、均匀、周边、分散的要求进行施工。这样能保证施工的稳固、美观、结实、耐用。剪力墙应该对称的分布在建筑物的周围，例如楼道电梯井。分布在平面形状弯曲及负载过大的位置。在夹缝、伸缩缝、抗震缝隙、升降缝隙两侧不能同时建立剪力墙。平面凸凹幅度过大时，可以在这样的部位周边地带建筑剪力墙。如果需要纵、横向进行设置时，应采用壁挂框架来增强抗侧力，纵、横向水平力的位移应该相当接近。壁挂框架的震级是按照剪力墙的震级确定的。单片钢板墙的刚度应该相对接近，长度大的布置在洞口及房梁筑成双肢墙及多肢墙体，墙肢不应大于8 米。各段钢板墙的剪力不能超过结构总剪力的40%。纵向钢板墙应设立在单元结构的中部。建筑纵向长度比较长的时候，不能再两端集中布置。同时我们应该提高建筑保温水平，减少温度变化对于建造产生的缺陷。建造楼梯井时，最好在洞口建立钢板墙，尽力和就近的抗侧力结构吻合，不能在单片抗侧力结构的中部布置楼梯井等开洞建筑。钢板墙之间的距离不能太大，能够满足刚度要求即可，不然就要考虑平面变形因素的影响。

②框架—开缝组合钢板墙结构要布置成双向抗侧力结构，不能在主体结构间设计铰接。考虑抗震需要时，在两个主要轴线方向上设置剪力墙。柱与房梁同剪力墙的中位线要重合，柱与梁中位线的偏心距不能超过柱宽度的25%。

③在矩形平面有较长建筑时，横向钢板墙延长向距离要满足4-18 的标准，在楼盖开洞时，钢板墙的距离要缩短。还要注意在两尽端不能集中布置钢板墙。

④框架—开缝组合钢板墙中的剪力墙应布置成周围有梁柱或者暗柱的有边框的钢板墙。以T、L 和口形连接纵横向钢板墙，为的是增加钢板墙的抗侧刚度及抗扭力。

⑤框架—开缝组合钢板墙和建筑体的高度相仿，沿主体墙方向的钢板墙应越来越薄，防止刚度发生变化。当特殊情况钢板墙不能贯通建筑物时，楼层间的刚度则要减少很多，但不能超过30%，同时加强建造。

3. 框架—开缝组合钢板墙的设计方法

3.1 做好工程概况和常规计算

工程概况计算是在了解了框架—开缝组合钢板墙结构，地上高度、总高度、防震等级、结构变形度、墙体损伤度以及属于几类场地等参数的基础上，根据该结构的平面结构特点、结构变形趋势和墙体损伤程度做出工程方案。不能盲目着手，应仔细的测量、验证各项参数后做出准确的判断，再进行施工。

3.2 提高框架—开缝组合钢板墙抗震能力的方法

3.2.1 提高钢板墙的抗震性能

钢板墙要被建造成四个周边有梁柱的框墙。无论是明框还是暗框，都能阻止裂缝的扩大，还要在墙板遭到破坏后做承重构件来替代原有板墙。为了承担墙体意外对梁柱的附加剪力，边框要具有斜面承重力。此外，还有控制单、双肢墙的高宽比率。如有必要，我们可以设置结构洞口及竖缝，让单肢墙变成多肢墙。这样可以防止裂缝或凹凸部位在竖缝或洞口出现，也无形中形成了一个耗能机构。

3.2.2 提高框架的抗震能力提高框架的抗震能力首先要加强框架角柱的建造。角柱可以纵向、横向的链接框架，加强角柱的剪力就增强了框架空间的整体性能。建造偏、交、斜撑等杆件，要将替轴耗能被弯曲耗能所取代，特别是折曲撑必须要由钢纤维杆制造，钢杆、劲性钢筋杆可以用来建造偏心连结支撑。K 和X 形的支撑要布置一定数量的钢筋抗剪钢板墙，这样能够防止框架的剪力下降现象，减少位移，提高整体性能。可在钢板墙上开十字竖缝来加强墙板的耗能。

3.3 提高整体结构的抗震指数

要提高整体结构的抗震能力，就要实行机构调控，在结构位置设立一些人工的塑性铰，对它们出现的区域，进行塑性监控，形成最佳能耗机构。要提高整体结构的抗震能力，还要让结构的刚度和负荷力相互匹配。在钢板墙结构中，钢板墙数量越多，厚度越大，刚度则越大。但结构振动周期将明显缩小，总的地震作用力将增大；反过来，刚度小了地震程度自然也会减轻。

3.4 掌握带缝钢板墙的设计方法：三折线设计方法开缝钢板墙在屈服荷载前墙板剪力与侧移呈线性关系，板条端量测的材料是弹性的，钢板墙的墙板水平变形包括竖缝板带的弯剪变形和板带外剪切变形。在弯剪作用力下，端部钢板达到弯曲强度后，墙板抗侧刚度则降低了。侧移位增加，墙板剪力增加。超过负载上限后，侧移位增加，剪力恢复平稳。所以，带竖缝钢板墙的剪力与侧移曲线出现了三折线模型，钢板墙设计方法也要采用三折线的方法。

4. 框架—开缝组合钢板墙结构的优缺点

框架—开缝组合钢板墙结构在国内和国外已经并不少见，它与其它建筑技术一样，存在着许多优点和缺点。钢板剪力墙结构上的优点在于：自重轻，能极大限度减轻地震作用，降级工程成本；可以创造非常大的使用空间；在相同的水平刚度下，该结构比纯框架结构的用钢量少。因为钢板墙只能承受水平组用力的负载，竖向负载都由周围框架承担。钢板墙结构符合第一道抗震防线低轴压比的设计标准；钢板墙的设立能够减少对于梁柱节点区域延展性的过高要求。

5. 结语

综上所述，框架结构中设置钢板墙，两者协同作用，基本满足了建筑体的抗侧标准，形成了完整的框架—钢板墙结构体系。社会科技的进步必然能给人类的生活带来幸福，建筑技术也是一样，框架—开缝组合钢板墙结构是抗震建筑中的主要结构，利用好了这种技术，将能够很快提高建筑物得抗震等级，对保障人民生命财产安全具有重要的意义，也是建筑行业的一大贡献。钢结构住宅体系缺乏统一的标准，这就需要我们在试验和研究上狠下功夫，尤其针对我国抗震高裂度地区，我们任重而道远。

参考文献

[1] 陈国栋，《钢板剪力墙低周反复荷载试验研究》，北京，建筑结构学报，2004

[2] 郭彦林，《钢板剪力墙的发展与研究现状》，北京，建筑结构学报，2005

[3] 张素梅，钟玉柏，马欣伯，《四边简支开缝钢板剪力墙抗剪静力性能研究》，哈尔滨，哈尔滨工业大学学报，2006、