高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架剪力墻設(shè)計(jì)分析

■占建斌 ■中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000

現(xiàn)代建筑的特征是形態(tài)多樣化、功能多元化，這樣的特征說明了我們國家房屋建筑技術(shù)的正在日益完善。本文主要分析高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架剪力墻設(shè)計(jì)，在當(dāng)前技術(shù)條件下，框架剪力墻結(jié)構(gòu)因其靈活性，滿足了人們對居住環(huán)境多元化的要求，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架剪力墻設(shè)計(jì)被廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際施工中還存在一些問題，需要相關(guān)技術(shù)人員與施工人員對其進(jìn)行深入研究，找出問題，及時(shí)改進(jìn)，這樣才能為高層建筑的質(zhì)量提供可靠的保障。

1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

高層建筑相比普通建筑，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，框架剪力墻結(jié)構(gòu)有效結(jié)合框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使其在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，要同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的受力、穩(wěn)定性以及工程造價(jià)，這樣才會使框架剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化真正兼具經(jīng)濟(jì)性與使用性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要特別注意抵抗水平荷載的作用力，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中抵抗側(cè)力的主要是剪力墻，所以剪力墻剛度對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有重要的意義，在高層建筑具體設(shè)計(jì)、施工中，一定要保證剪力墻的合理剛度。

2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的變形以及受力特點(diǎn)

2.1 框架剪力墻的變形特點(diǎn)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)組合而成的一種結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)在受力性能以及變形特性方面都有所不同，框架剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向變形在剪切變形和彎曲變形之間，水平力作用下，剪力墻的變形主要是彎曲變形，框架的變形主要是剪切變形［1］。框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的水平位移需要保持一致，這樣才能保證框架剪力墻結(jié)構(gòu)呈反形的剪彎型變形曲線，框架結(jié)構(gòu)下部位移增長很快，隨著樓層高度的增加水平位移增長速度減慢，而剪力墻結(jié)構(gòu)與之相反，這樣兩者結(jié)合的框架剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)移就比較小，從而使框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力有合理的分布?？蚣苡闪褐€性桿件組成，其受力特點(diǎn)與豎向懸臂剪切梁相似，它的變形曲線是剪切形，框架結(jié)構(gòu)中的所有框架變形曲線都是剪切形，因此，水平力是根據(jù)框架的抗推剛度D 比例來分配的。剪力墻與框架結(jié)構(gòu)不同，它是一種豎向懸臂彎曲結(jié)構(gòu)，變形曲線是彎曲形，具有很大的抗彎曲剛度，水平力是根據(jù)剪力墻等效剛度EI 比例分配。

2.2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)通過水平面內(nèi)具有無線剛度的樓板相連，這樣使得兩個(gè)結(jié)構(gòu)不能獨(dú)自按照自身的彎曲變形或者剪切變形進(jìn)行變形，因?yàn)閮烧咴谕粯菍拥奈灰票仨毐３忠恢?。忽略扭轉(zhuǎn)力的作用，框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)一起工作，兩者之間相互作用，就形成在框架剪力墻結(jié)構(gòu)的下部，剪力墻因框架的作用向前推，框架正好相反的受力狀況［2］，沿豎向剪力墻與框架之間水平力的分配隨著樓層的變化而發(fā)生改變，所以在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，兩者之間不是按照各自單獨(dú)作用時(shí)的抗推剛度D、等效剛度EI 進(jìn)行水平力分配，在這種結(jié)構(gòu)中，頂部存在剪力，是由于頂部剪力墻一起工作，相互之間肯定會產(chǎn)生荷載，框架在整個(gè)結(jié)構(gòu)的中部存在最大剪力值，底部剪力較小，剪力墻承擔(dān)主要的剪力。

3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 剪重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

剪重比是建筑抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，對于高層建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說剪重比更加重要，因?yàn)榧糁乇葘τ诩袅哂兄匾囊饬x。如果剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期比較長，加速度變化以及地面位移對其影響就比較大，但是，現(xiàn)實(shí)中很難準(zhǔn)確計(jì)算傳統(tǒng)振型的分解法，因?yàn)榈卣鹩绊懴禂?shù)經(jīng)常會出現(xiàn)較大的波動，長期作用會給選值帶來很大影響，使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不相符。因此在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，確定剪重比時(shí)，一定要與各樓層的水平地震力相比取其最小值，因?yàn)榧糁乇冗_(dá)到最小，才能滿足高層建筑安全方面的要求。

3.2 剛重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剛重比與剪重比一樣具有重要的意義，因?yàn)閯傊乇燃戎苯臃磻?yīng)建筑結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比，又是框架剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要保障［3］，因此，高層建筑技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照建筑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定剛重比［3］。同時(shí)，高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要結(jié)合工程實(shí)際情況以及工程施工標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能保證剛重比的設(shè)計(jì)合理。

3.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能設(shè)計(jì)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)包含框架和剪力墻這兩種結(jié)構(gòu)，只有兩者合理布置才能發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得框架剪力墻結(jié)構(gòu)有較大的抗側(cè)剛度，側(cè)向變形在剪切變形之間，能夠有效降低樓層變化產(chǎn)生的位移變化，更容易獲得較大空間。

(1)框架剪力墻結(jié)構(gòu)相比單獨(dú)的框架結(jié)構(gòu)，對梁、柱節(jié)點(diǎn)要求比較低?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中剪力墻是重要的組成部分，所以結(jié)構(gòu)中的梁縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)錨固要求較低，與框架結(jié)構(gòu)要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墻結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向，但并不是兩個(gè)主軸方向上的作用力都會達(dá)到最大值。正交作用在豎向抗震構(gòu)件中作用明顯［4］，所以框架結(jié)構(gòu)需要在節(jié)點(diǎn)核心位置設(shè)置足夠的箍筋，框架剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)榇嬖谳^多剪力墻，不用考慮正交作用的影響。

(2)在框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高度方向上，如果存在結(jié)構(gòu)不一致，有超強(qiáng)部位，也有軟弱的位置，在抗震作用下，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)曲率延性集中在結(jié)構(gòu)比較軟弱的位置，這樣會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。原因就在于軟弱的位置因?yàn)樽饔昧Τ霈F(xiàn)很大的非彈性變形，但是其他位置仍舊處于彈性階段，所以，框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要重視剪力墻高度的連續(xù)性。同時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的承載力部分一定要盡量保持截面設(shè)計(jì)的承載力和地震反應(yīng)相適應(yīng)。剪力墻對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)具有重要的意義，所以要注意剪力墻的延性設(shè)計(jì)，雙肢剪力墻的延性相對較好，其各層連接梁能夠形成塑性鉸，這樣就能夠有效的吸能、耗能，提高剪力墻延性，延緩底層墻鉸產(chǎn)生。

(3)框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，深連梁剪力比較大，但是延性比較低，沒辦法與整體結(jié)構(gòu)的延性保持一致。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該限制剪力墻延性，有時(shí)為了能在彈性階段吸掉大部分能量，就需要提高剪力墻承載力，但是這種方法存在的問題就是會提高工程造價(jià)，為了避免工程造價(jià)過高，可以采用雙連梁，這種方案可以有效改善連梁的受力［5］。設(shè)計(jì)過程中通常采用雙連梁剪力墻設(shè)計(jì)方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于降低連梁剛度，同時(shí)還可以有效降低截面承載的彎矩以及剪力，從而改善連梁受力性能，這樣就不會發(fā)生連梁截面超筋的現(xiàn)象。除此之外，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中把雙連梁和其他不同類型的連梁超筋方案進(jìn)行有效結(jié)合，這樣就會實(shí)現(xiàn)受剪面積不變，但是連梁與剪力墻兩者的受力得到改善的目標(biāo)。

4 結(jié)語

大量的建筑工程施工積累了很多經(jīng)驗(yàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工也日漸成熟，但是隨著人們對建筑功能要求的提高，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要及時(shí)改進(jìn)，這就需要相關(guān)施工人員以及技術(shù)人員在具體實(shí)踐中不斷研究、探索，注意框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中做到嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，全面考慮，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度對待高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的每個(gè)內(nèi)容，把高層建筑的安全性、抗震性作為施工中應(yīng)該時(shí)刻遵守的原則，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性提供保障，促進(jìn)高層建筑的質(zhì)量提高。

［1］秦小東.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2013(15).

［2］肖小兵.高層建筑結(jié)構(gòu)框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與研究［J］.中國房地產(chǎn)業(yè)，2012(9).

［3］王文平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2012(21).

［4］劉金葉.關(guān)于高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.科學(xué)時(shí)代，2014(7).

［5］趙玉剛.對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析［J］.城市建設(shè)理論研究(電子版)，2013(24).