(1)在钢筋混凝土高层和多层公共建筑中,当框架结构的抗侧刚度和强度不能满足抗震和抗风要求时,采用刚度和强度均较大的剪力墙与框架协同工作。由框架构成自由灵活的大空间,可以满足不同建筑功能的要求;同时由侧向刚度较大的剪力墙承受水平荷载,从而使框架—剪力墙结构具有较强的抗震、抗风能力,并大大减少结构的侧移,在大地震时还可以防止砌体填充墙、门窗、吊顶等非结构构件的严重破坏和倒塌。因此,有抗震设防要求时,宜尽量采用框架—剪力墙结构来代替纯框架结构。
框架—剪力墙结构适用于需要灵活大空间的多层和高层建筑,如办公楼、商业大厦、饭店、旅馆、教学楼、实验楼、电讯大楼、图书馆、多层工业厂房及仓库、车库等建筑。
(2)框架—剪力墙结构由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成,这两种结构的受力特点和变形性质是不同的。在水平荷载作用下,剪力墙是竖向悬臂结构,其变形曲线呈弯曲型[图1.1(a)],楼层越高水平位移增长速度越快,顶点水平位移值与高度呈4次方的关系。
均布荷载
倒三角形荷载
式中 ——总高度;
——弯曲刚度。
在一般剪力墙结构中,由于所有抗侧力结构都是剪力墙,在水平荷载作用下各片墙的侧向位移相似,所以,楼层剪力在各片墙之间是按其等效刚度 比例进行分配。
框架在水平荷载作用下,其变形曲线为剪切型[图1.1(b)],楼层越高水平位移增长越慢,在纯框架结构中,各种框架的变形曲线相似,所以,楼层剪力按框架柱的抗侧移刚度 值比例分配。
框架—剪力墙结构的变形特点
框架—剪力墙结构,既有框架又有剪力墙,它们之间通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起,在水平荷载作用下,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,在同一楼层水平位移必须相同。因此,框架—剪力墙结构在水平荷载作用下的变形曲线呈反S形的弯剪型位移曲线[图1.1(c)]。
(3)框架—剪力墙结构在水平荷载作用下,由于框架与剪力墙协同工作,在下部楼层,因为剪力墙位移小,它拉住框架的变形,使剪力墙承担了大部分剪力;上部楼层则相反,剪力墙的位移越来越大,而框架的变形反而小,所以,框架除承受水平荷载作用下的那部分剪力外,还要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荷载产生的楼层剪力很小,而框架中仍有相当数值的剪力。
(4)框架结构在水平荷载作用下,框架与剪力墙之间楼层剪力的分配和框架各楼层剪力分布情况,随楼层所处高度而变化,与结构刚度特征值直接相关。由图1.2可知,框架—剪力墙结构中框架底部剪力为零,剪力控制截面在房屋高度的中部甚至是上部,而纯框架最大剪力在底部。因此,当实际布置有剪力墙时(如楼梯间墙、电梯井墙、设备管道井墙等)的框架结构,必须按框架—剪力墙结构协同工作计算内力,不能按纯框架分析,否则不能保证框架上部楼层构件的安全。
框架—剪力墙结构受力特点
(5)框架—剪力墙结构,由延性较好的框架、抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁所组成,具有多道抗震防线。从国内外经受地震后对灾区建筑的调查表明,它确为一种抗震性能很好的结构体系。