高層建筑結構中的框架剪力墻設計分析

■占建斌 ■中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢 430000

現代建筑的特征是形態多樣化、功能多元化，這樣的特征說明了我們國家房屋建筑技術的正在日益完善。本文主要分析高層建筑結構中的框架剪力墻設計，在當前技術條件下，框架剪力墻結構因其靈活性，滿足了人們對居住環境多元化的要求，因此，在高層建筑結構設計中框架剪力墻設計被廣泛應用，但是在實際施工中還存在一些問題，需要相關技術人員與施工人員對其進行深入研究，找出問題，及時改進，這樣才能為高層建筑的質量提供可靠的保障。

1 框架剪力墻結構設計概述

高層建筑相比普通建筑，結構比較復雜，框架剪力墻結構有效結合框架結構與剪力墻結構的優點，使其在高層建筑中得到廣泛應用。對于框架剪力墻結構優化設計，要同時考慮結構的受力、穩定性以及工程造價，這樣才會使框架剪力墻結構的優化真正兼具經濟性與使用性。高層建筑結構設計中要特別注意抵抗水平荷載的作用力，框架剪力墻結構中抵抗側力的主要是剪力墻，所以剪力墻剛度對于結構的優化具有重要的意義，在高層建筑具體設計、施工中，一定要保證剪力墻的合理剛度。

2 框架剪力墻結構的變形以及受力特點

2.1 框架剪力墻的變形特點

框架剪力墻結構是由框架結構以及剪力墻結構組合而成的一種結構，框架結構與剪力墻結構在受力性能以及變形特性方面都有所不同，框架剪力墻結構側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］。框架結構與剪力墻結構的水平位移需要保持一致，這樣才能保證框架剪力墻結構呈反形的剪彎型變形曲線，框架結構下部位移增長很快，隨著樓層高度的增加水平位移增長速度減慢，而剪力墻結構與之相反，這樣兩者結合的框架剪力墻結構側移就比較小，從而使框架剪力墻結構中的內力有合理的分布。框架由梁柱線性桿件組成，其受力特點與豎向懸臂剪切梁相似，它的變形曲線是剪切形，框架結構中的所有框架變形曲線都是剪切形，因此，水平力是根據框架的抗推剛度D 比例來分配的。剪力墻與框架結構不同，它是一種豎向懸臂彎曲結構，變形曲線是彎曲形，具有很大的抗彎曲剛度，水平力是根據剪力墻等效剛度EI 比例分配。

2.2 框架剪力墻結構的受力特點

同一個結構單元內，框架結構與剪力墻結構通過水平面內具有無線剛度的樓板相連，這樣使得兩個結構不能獨自按照自身的彎曲變形或者剪切變形進行變形，因為兩者在同一樓層的位移必須保持一致。忽略扭轉力的作用，框架結構與剪力墻結構一起工作，兩者之間相互作用，就形成在框架剪力墻結構的下部，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生改變，所以在框架剪力墻結構中，兩者之間不是按照各自單獨作用時的抗推剛度D、等效剛度EI 進行水平力分配，在這種結構中，頂部存在剪力，是由于頂部剪力墻一起工作，相互之間肯定會產生荷載，框架在整個結構的中部存在最大剪力值，底部剪力較小，剪力墻承擔主要的剪力。

3 框架剪力墻結構的設計要點

3.1 剪重比的設計要點

剪重比是建筑抗震設計中的一個重要參數，對于高層建筑的框架剪力墻結構來說剪重比更加重要，因為剪重比對于剪力墻具有重要的意義。如果剪力墻結構的設計周期比較長，加速度變化以及地面位移對其影響就比較大，但是，現實中很難準確計算傳統振型的分解法，因為地震影響系數經常會出現較大的波動，長期作用會給選值帶來很大影響，使得計算結果與實際情況不相符。因此在框架剪力墻結構中，確定剪重比時，一定要與各樓層的水平地震力相比取其最小值，因為剪重比達到最小，才能滿足高層建筑安全方面的要求。

3.2 剛重比的設計要點

在框架剪力墻結構中，剛重比與剪重比一樣具有重要的意義，因為剛重比既直接反應建筑結構剛度與重力荷載之比，又是框架剪力墻結構穩定性的重要保障［3］，因此，高層建筑技術人員必須嚴格按照建筑工程技術標準確定剛重比［3］。同時，高層建筑框架剪力墻結構的設計要結合工程實際情況以及工程施工標準，這樣才能保證剛重比的設計合理。

3.3 框架剪力墻結構的整體抗震性能設計

框架剪力墻結構包含框架和剪力墻這兩種結構，只有兩者合理布置才能發揮不同結構的優點，使得框架剪力墻結構有較大的抗側剛度，側向變形在剪切變形之間，能夠有效降低樓層變化產生的位移變化，更容易獲得較大空間。

(1)框架剪力墻結構相比單獨的框架結構，對梁、柱節點要求比較低。框架剪力墻結構中剪力墻是重要的組成部分，所以結構中的梁縱筋在節點區錨固要求較低，與框架結構要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墻結構的兩個主軸方向，但并不是兩個主軸方向上的作用力都會達到最大值。正交作用在豎向抗震構件中作用明顯［4］，所以框架結構需要在節點核心位置設置足夠的箍筋，框架剪力墻結構因為存在較多剪力墻，不用考慮正交作用的影響。

(2)在框架剪力墻結構的高度方向上，如果存在結構不一致，有超強部位，也有軟弱的位置，在抗震作用下，就會導致結構曲率延性集中在結構比較軟弱的位置，這樣會對結構產生破壞。原因就在于軟弱的位置因為作用力出現很大的非彈性變形，但是其他位置仍舊處于彈性階段，所以，框架剪力墻結構的設計要重視剪力墻高度的連續性。同時，框架剪力墻結構設計中的承載力部分一定要盡量保持截面設計的承載力和地震反應相適應。剪力墻對于框架剪力墻結構抗震設計具有重要的意義，所以要注意剪力墻的延性設計，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，延緩底層墻鉸產生。

(3)框架剪力墻結構設計中，深連梁剪力比較大，但是延性比較低，沒辦法與整體結構的延性保持一致。所以在設計中應該限制剪力墻延性，有時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，為了避免工程造價過高，可以采用雙連梁，這種方案可以有效改善連梁的受力［5］。設計過程中通常采用雙連梁剪力墻設計方法，這種方法的優點在于降低連梁剛度，同時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，這樣就不會發生連梁截面超筋的現象。除此之外，在框架剪力墻結構設計中把雙連梁和其他不同類型的連梁超筋方案進行有效結合，這樣就會實現受剪面積不變，但是連梁與剪力墻兩者的受力得到改善的目標。

4 結語

大量的建筑工程施工積累了很多經驗，高層建筑結構中的框架剪力墻結構設計與施工也日漸成熟，但是隨著人們對建筑功能要求的提高，框架剪力墻結構設計還需要及時改進，這就需要相關施工人員以及技術人員在具體實踐中不斷研究、探索，注意框架剪力墻結構設計中的要點，在設計過程中做到嚴格按照標準，全面考慮，用嚴謹的工作態度對待高層建筑結構中的框架剪力墻結構設計中的每個內容，把高層建筑的安全性、抗震性作為施工中應該時刻遵守的原則，為框架剪力墻結構設計的合理性提供保障，促進高層建筑的質量提高。

［1］秦小東.淺談高層建筑結構設計分析［J］.城市建設理論研究(電子版)，2013(15).

［2］肖小兵.高層建筑結構框架剪力墻結構設計分析與研究［J］.中國房地產業，2012(9).

［3］王文平.高層建筑結構設計分析［J］.城市建設理論研究(電子版)，2012(21).

［4］劉金葉.關于高層建筑框架-剪力墻結構設計分析［J］.科學時代，2014(7).

［5］趙玉剛.對框架-剪力墻結構設計中的要點分析［J］.城市建設理論研究(電子版)，2013(24).