框剪结构和剪力墙结构的优劣比较

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：2013-01-19浏览：630次

　　摘要，近年来，框架剪力墙结构成为众多房屋建筑结构设计的宠儿，其地位逐渐取代了传统的框架结构和剪力墙结构，这种结构是是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，也可以说是对两种结构的改良，吸收两者长处，因此与剪力墙结构相比，框架剪力墙结构的优越性不言而言，但是传统剪力墙结构也有其独特的优点，本文笔者就两种结构的基本设计，设计要点以及改良前景进行比较分析，试图对两者的经济性合理性做出较为公平客观的比较。

　　关键字，框剪结构,剪力墙结构,受力特点,比较

　　1.框剪结构和剪力墙基本设计

　　1.1框剪结构

　　所谓框剪结构，由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成的建筑结构形式，其中，框架结构为主结构，由梁、柱形成整体结构框架，主要承担竖向荷载;小部分是剪力墙，主要承担水平荷载，即可以单独设置，也可以利用公共空间电梯井、楼梯间、管道井等部分墙体。墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式。适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

　　从基本设计目的而言，框剪结构就吸取了框架结构和剪力墙结构的长处，在框架结构中布置一定数量的抗震墙，一方面为建筑平面布置提供较大的使用空间，另一方面良好的抗侧力性能又提高了建筑整体的抗震性，因此被广泛应用与各种建筑。

　　1.2剪力墙结构

　　剪力墙结构，又称抗震墙结构，是指利用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，利用建筑的内墙或外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载，并能有效控制结构的水平力的结构体系。剪力墙一般为钢筋混凝土墙，墙体同时也作为建筑物内部的空间分隔构件，高度和宽度一般与整栋建筑相同。

　　剪力墙结构既可以现场捣制，也可预制装配，例如装配式大型墙板结构与盒子结构，其实也就是剪力墙结构。虽然剪力墙具有间距的限制(一般为3-8m)，使得在平面空间较小建筑上设计具有局限性，而且对平面布局和空间使用也有较高要求，但是在竖向空间利用上，国外采用剪力墙结构的建筑已达70层，并且可以建造高达100~150层的居住建筑。

　　2、框剪结构和剪力墙性能比较

　　2.1结构稳定性比较

　　对于框剪结构而言，利用框架结构和剪力墙结构协同工作，上部层间和下部层间的变形承受能力相互助势，变形特点为弯剪变形,从而减小了结构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，由于剪力墙侧向刚度本身就比框架的侧向刚度大得多，在框剪结构中，剪力墙承担主要水平荷载，一般而言，在水平荷载作用下约80%以上用剪力墙来承担，即使建筑高度的增加，整个结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力也会沿高度较为均匀地分布，结构中各层梁柱的弯矩比较接近，具有较高的稳定性。

　　相比之下，单纯的剪力墙结构是利用混凝土墙体来承受的竖向荷载以及水平荷载，其中剪力墙主要承受的是水平荷载，受剪受弯，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小，结构的变形为弯曲型，具有较大的侧向刚度，能够保证建筑物在遭遇震动时水平侧移较小，从稳定度而言整体具有较好的抗震性，但是，由于单纯剪力墙结构墙体本身自重大，较大的刚度反而会使得剪力墙结构的承重周期缩短，遭遇地震后惯性力较大，会对楼体整体结构破坏，并且如果应用于层距较高的建筑，高度很大的剪力墙结构并不经济。

　　因此就稳定性而言，框剪结构吸收了框架结构和剪力墙结构在水平荷载和竖向荷载的受力特点，整体上侧向刚度大大提高，并且随着高度增加楼层剪力被均匀分布，不会造成集中受力，在结构抗震设计中，框剪结构的剪力墙是第一道防线，框架为第二道防线，适用于各种建筑，具有较高的经济性。而单纯的剪力墙结构结构变形弯曲性，虽然侧性刚度较大，震动时位移较小，但是自重大的特点，使得震后惯性较大，不利于楼体结构的整体维护。

　　2.2成本比较

　　框剪结构的设计里包含了框架结构和剪力墙结构，因此就成本而言两种结构类型都要构建，框架结构作为主体设计，充分利用梁柱的刚接或者铰接相连接而成构成承重体系，钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大;虽然由于剪力墙的加入，梁柱规格减小，便于施工，但是梁柱的成本依然所费不赀。框剪结构中的剪力墙结构可以单独设置，可以现场捣制，也可预制装配，也可以利用公共空间电梯井、楼梯间、管道井等部分墙体，而且设计过程中要注意协调剪力墙和框架结构的布置：框架结构应设计成双向抗侧力体系，框架的梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4;合理控制剪力墙的数量，剪力墙宜均匀，有效地控制框架、柱截面和剪力墙的位置及尺寸，单片墙的刚度宜接近，长度较长的墙力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8M，使在水平地震力作用下框剪结构的内力和位移在一个合理的水平;若剪力墙过多，使结构刚度过大，会加大地震效应，对结构也是不合理不经济的。总体而言无论是材料成本，设计成本还是施工成本，框剪结构都需要严密计算才能达到节约的目的。

　　在剪力墙结构设计中，墙体构成承重体系，兼具承重和建筑体内空间分割两项构件任务，从墙体构件的施工而言，可以通过现场施工浇筑和预制装配两种形式，例如在施工之前就根据建筑要求构建好装配式大型墙板结构与盒子结构，建筑成本上而言，花费较少，对于建筑而言，即使墙体不承重，空间内部的分割，形成空间的围合也离不开墙体的浇筑，只不过是在房屋空间设计的同时兼顾剪力墙的布置，将两种构件任务用墙体一种构件来承担，而且剪力墙的体型设计原则也相对简单，只要把握强墙体，弱连梁、强剪弱弯、限制剪跨比等基本操作，就能实现延性的大大提高。从建材成本，设计成本和施工成本而言，剪力墙结构相对而言都能达到资源的有效利用，都比框剪结构要相对节省得多。

　　2.3实用性比较

　　框剪结构综合了框架结构、剪力墙结构两者的优点，在实用性上，由于框剪结构中的框架结构承担了主要的承重，对于房间的空间利用能够更加灵活布置，满足用户对空间布局的要求，而且由于现在小户型增多，框剪结构对于小空间房间而言，避免了单纯剪力墙结构中必须保证墙与墙之间的空间不合理分配而造成的空间狭窄感。不作为剪力墙的墙体可以采用填充墙的形式，利用有机环保而且轻便的原料作为墙体，而且可以选择保温和隔音效果较好的材质来填充墙体，最大限度保证室内居住环境的宜居程度，而且还方便后期的房屋改建，对于建筑的使用者而言具有更大的实用性。适合各种建筑的需求，对于小高层的设计而言更具优势。

　　而剪力墙结构的房屋设计，由于承重的要求，剪力墙之间必须保证3—8米的间距，这样一来，对于小空间建筑，就会在分配空间布局上具有限制性，空间的分割不利于用户的自由选择和支配。另一方面，由于单纯剪力墙结构承担房屋的水平荷载和竖向荷载，关系到整个房屋的稳定性，所以不能够随意的拆除改建，不便于后期用户室内空间的自由支配，而且，剪力墙结构中的墙体一般采用坚固的混凝土浇筑，保温性较差，如果想要达到保温效果还有添加保温层，这样一来室内的空间将会相对减少，所以剪力墙一般应用对于空间分割要求要求不高的建筑，如学校，普通住宅楼，商务楼等等。

　　3.框剪结构和剪力墙结构的整体比较

　　框剪结构本身是框架结构和剪力墙结构的综合体，通过合理的设计，充分吸收两者的优势，一方面满足了墙体承重的要求，将楼层的整体压力通过框架结构随着高度均匀分布，保证建筑整体的侧性刚度强而不易折，突破了单纯剪力墙结构虽然侧性刚度较好，但是震后惯性较大的缺陷，具有较高的抗震性。另一方面，在空间分布上，与剪力墙集中受力墙体不同，框剪结构承重的不集中分布，有利于空间的灵活布置，方便使用者和设计者在房屋保温隔音效果上的设计和后期的房屋改造，最重要的是，框剪结构突破了单纯剪力墙结构的间距限制，能够更好的适合小空间布局，在小户型大行其道的今天，大大增加了建筑的美观性性和宜居性，具有更高的实用性。但是在成本方面，框剪结构相对而言造价较高，如果不合理的计算和设计将会造成成本的不必要浪费，特别是在框架结构和剪力墙结构的协调方面，剪力墙过多或者过高的应用，将会导致资源的浪费，使得建筑本身的设计既不经济也不具有更高的抗震性，因此这一点上要引起设计师的注意，要充分在设计上保证成本的最小化，保证框剪结构的经济性和合理性。

　　结语

　　通过对框剪结构和剪力墙结构在基本设计的介绍，稳定性、成本以及实用性方面的对比，不难看出框剪结构在当下更加具有经济性和合理性，适应各种建筑物的要求，但是只有更进一步的合理设计以及优化才能更加发挥框剪结构的优势。

　　参考文献

　　1、辛力.梁兴文高层建筑结构直接基于位移的抗震设计方法 [J] -工业建筑2008(7)

　　2、李亚娥.张立俊.王栋短肢剪力墙在小高层框剪住宅设计中的应用 [J] -甘肃科学学报2008(2)

　　3、徐娜.丁建国框架-剪力墙结构中剪力墙刚度的优化 [J] -工业建筑2007(z1)

　　4、张立言框剪结构体系中剪力墙合理布置原则 [J] -安徽职业技术学院学报2007(3)

《框剪结构和剪力墙结构的优劣比较》

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