基于高層建筑框架-剪力墻的結構設計研究

顧媛媛

摘要：高層建筑結構設計中框架-剪力墻結構是高層設計的首選結構，需要經過精密的計算、合理的判斷，同時要考慮其受力情況及抗震功能，確保高層建筑結構的穩定性及安全性。本文則重點探討其框架—剪力墻的結構設計。

關鍵詞：高層建筑；框架-剪力墻；結構設計；

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00271-02框架-剪力墻就是高層建筑為了規避地震災害而設計的結構框架，這種框架結構體系是由兩個不同的系統組成的，他們分別是剪力墻和延性框架，而且由延性較好的結構框架連接而成。這種結構設計比傳統的單純框架結構更加靈活多變，因而被廣泛應用于建筑施工中。下面首先分析框架-剪力墻的結構及受力特點，然后分析結構設計，以望對后期的框架——剪力墻結構設計工作提供理論參考依據。

一、框架-剪力墻的結構及受力分析

（一）框架、剪力墻的抗側力結構。框架-剪力墻的結構組成是不是單一的結構形式，它是由框架和剪力墻兩種不同的結構組合而成，框架和剪力墻結構的受力特點是不一樣的。在水平力作用下，框架的受力比較大，框架在受到一定的抗側力時賄變形，此時形狀類似剪切行，這種剪切型的框架在地震受力中所承受的力量是：樓層高度和水平位移增長成反比的關系；而在純框架結構中，在收到抗側力時，各個框架的變形結構幾乎相似，樓層剪力與框架剪力墻的建立相差很遠。剪力墻在水平力的作用下，受到抗側力時變形曲線呈現彎曲的形態，此時樓層越高水平位移增長越快。

（二）框架-剪力墻的抗震性能。在高層建筑中抗震設計一般要遵隨：“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計原則，在發生震級比較小的地震時，建筑物可以正常使用；當發生中級地震時，建筑物有部分損害，但損害較小，可以修復，不影響正常使用；當發生重大地震時，保證建筑物不塌陷。一般地震的破壞力是多方方向性的，所以建筑物在進行抗震設計時要在各個方向布置抗側力構件，以便抵抗水平荷載，保證結構的承載力，增加建筑物的抗震性。在框剪結構中，剪力墻是結構主要抗側力構件，如果剪力墻只在一個方向布置，則會造成沒有剪力墻的方向抗側力剛度不足，這樣就不是框剪結構了，成為純框架結構設計，只有單一防線，失去了多道防線的作用。所以在高層建筑的抗震設計中，把抗震結構設計成雙向抗側力的框架-剪力墻結構。

（三）框架-剪力墻的受力分析。框架-剪力墻的受力不同于純框架中的受力特點，在框剪結構受力過程中剪力墻所承受的剪力比框架所承受的要大得多。框架和剪力墻的負載是不斷移動的，所以在計算框架和剪力墻之間的樓層分配比例時要注意，框剪結構中的樓層分配比例與框架各樓層剪力分布情況均是隨著樓層的變化而變化的。一般情況下，在框剪結構中，剪力控制部位在房屋高度的中上部，而在純框架結構中，其最大建立在底部。所以在該層建筑實際布局中有剪力墻的情況下，設計分析時要按照框剪結構布局來分析，充分考慮框架、剪力墻的多種性能特點。

（四）剪力墻的計算方式。在高層建筑的框剪結構中，剪力墻所承受的豎向荷載，一般是通過樓面傳遞到剪力墻上。豎向荷載在連梁內和墻肢內產生的軸力不同。一般按照剪力墻的受荷面積進行簡單計算，在水平力作用下，用二維平面分析剪力墻受力問題，同時運用平面問題求解。結合計算機，利用有限元方法計算。在工程設計中，依據具體情況進行分別設計。

二、框架-剪力墻的結構設計

（一）科學計算框剪結構。在進行框剪結構設計計算時，在水平力的推動下，框結構的使用高度和設計方法要結合此高層建筑底層框架所承受的地震傾覆力矩和結構總地震傾覆力矩之間的的比值進行計算，計算模型和分析都要按實際情況輸入、分析。剪力墻的布局要均勻，長度較長的剪力墻設置在洞口和連梁形成雙肢墻或多肢墻，框架在地震中所承受的地震傾覆力矩≤10％﹙結構總地震傾覆力矩的10％﹚時，此時按剪力墻結構進行設計；當框架在地震中所承受的地震傾覆力矩在（10％-50％）之間時，就應該按框剪結構設計；當框架在地震中所承受的地震傾覆力矩在（50％-80％）之間時，也按框剪結構進行設計,但是需要注意的是此時框架的最大適用高度可以在框架結構中適度增加，抗震等級和軸壓比限值和框架結構的規定一樣。當框架在地震中所承受的地震傾覆力矩大于80％時，同樣按框剪結構進行設計，其最大適用高度、框架部分的抗震等級、軸壓比限值等，和框架承受的地震傾覆力矩在50％-80％之間時是一樣的，但是像墻少的框剪結構，因為抗震性能不好，在實際高層建筑中很少采用。

（二）合理調整0.2V0系數。一般情況下，在框剪結構中，框架承受的剪力是很小的，而且在此機構中防線設計比較多。其中，剪力墻是第一道防線，在設防地震、罕見地震下框架受損要快，由于塑性內力重分布，框架部分按側向剛度分配的剪力會比多遇地震下加大，為了保證作為第二道防線的框架具有一定的能力儲備，規范要求人為的將計算出的柱子剪力放大。

（三）設計剪力墻截面高度。剪力墻的的截面厚度要盡量減小，據了解，剪力墻越厚，框架的負擔就越重，必須有相應的抗側力剛度來承載它的重量。如果剪力墻部分的抗側力剛度增加而框架部分的抗側力剛度沒有相應的增加，這時增加剪力墻增加的水平力只能由框架單獨承受，這種結構影響工程的抗震能力。

（四）合理布置框架及剪力墻。在高層建筑中，框剪結構體系的抗震功能的發揮需要框架和剪力墻二者相互協調，才能發揮更好的作用，所以要做好框架與剪力墻的合理布局就顯得非常重要。在設計框架及剪力墻時應滿足以下條件：首先，應將其設計為雙向抗力體系，其主體結構不適宜采用鉸接方式，而是按照兩主軸的方向布置剪力墻。其次，剪力墻應設計成周邊有梁柱的帶邊框剪力墻，同時增大其剛度及抗扭能力。最后，剪力墻應貫穿建筑物全高，其厚度應逐漸減薄，以防剪力墻的結構發生突變性。

（五）框剪結構的連梁截面具有承載力。剪力墻作為抗震防線中的先鋒，若果連梁跨高比太大，容易成為弱連梁，一旦發生地震，連梁端容易引起開裂現象，就會減弱其抗震性能。因此，在設計過程中應合理控制一、二級剪力墻的洞口連梁跨高度，應小于5,且梁截面高度應超過400mm，連梁設計不能用框架柱與剪力墻平面外相連的梁，并與剪力墻相交支座按鉸接設計。跨高比小于5的連梁，其剛度折減系數不小于0.5。

三、結束語

在框架-剪力墻結構設計中為了增加建筑物的抗震強度，采用的是多道防線設計概念，利用剪力墻做第一道防線，在此基礎上增加框架的防震強度。合剪力墻的數量與結構應合理布局，利用簡便的計算方式，結合框架、剪力墻的協調關系，構建合理科學、安全、經濟的工程設計。

參考文獻：

[1]程明超,潘春暉.高層建筑框架剪力墻結構設計應用探討[J].城市建設理論研究（電子版）,2013,(5)

[2]何小平.框架--剪力墻結構在高層建筑設計中的應用分析[J].城市建設理論研究（電子版）,2013,(11)

[3]潘偉軍.論高層、超高層建筑結構設計[J].城市建設,2013,(7)