對高層建筑框架剪力墻結構設計中一些問題的思索

何榮輝

（廣東省建筑設計研究院　廣東　廣州　510010）

對高層建筑框架剪力墻結構設計中一些問題的思索

何榮輝

（廣東省建筑設計研究院廣東廣州510010）

框架剪力墻結構亦被稱為框剪結構，它廣泛應用于豎向布置繁雜或平面、水平荷載較大的高層建筑。本文主要結合工程案例對建筑結構設計當中的框架剪力墻設計的一些問題進行研究，希望有效地提升高層框架剪力墻結構的設計效果。

高層建筑；框架剪力墻；結構設計；問題

1　引言

隨著建筑行業的高速發展，為了確保建筑物的安全性，高層樓已經開始運用剪力墻結構，剪力墻重要的作用就是承受地震，框架剪力墻結構由于兼備框架和剪力墻的特征，不僅具有大的承載力，還能吸收部分地震中的能量。剪力墻主要是由墻肢和連梁等構件構成的，剪力墻結構具有非常大的承載力以及結構剛度、非常小的側移變形、非常強的抵抗水平側移能力等一些特點。剪力墻結構被廣泛應用于現代建筑。在國內一些住宅建筑，以滿足不同的功能，它采用了小開間的結構，因為在隔壁的房間與臥室隔開，所以不僅可以通過剪切承重結構的墻壁和分區壁成一體，并能達到一定的經濟性和實用性。為了保障更多的建筑物建設中的結構安全和建設成功后的正常使用，我們必須對建筑物的結構抗震性能進行加強。對剪力墻設計進行研究的時候，必須要懂得剪力墻的概念，就是指在建筑設計中主要用來承受風荷載或者地震作用引起的水平荷載的墻體（如圖1所示）。運用剪力墻結構是一個非常關鍵的環節，因為剪力墻結構有著非常多的優點，在建筑結構設計當中，可以很好地提升建筑物的抗震性能。

框架剪力墻結構側向位移很小，因而在結構設計的過程中，需要充分考慮整體的變形協調性。由于框架剪力墻結構是由框架和剪力墻兩種不同結構組成的，而框架和剪力墻兩種結構的抗側力是不同的。在框架剪力墻結構體系中，側移曲線呈彎剪型，由于框架、剪力墻的協同受力，在結構的底部框架及結構的上部剪力墻的側移減小，因此側移曲線兼有這兩種結構的特點。彎剪型變形曲線的層間變形沿建筑高度比較均勻，減小了框架和剪力墻的層間變形。

圖1　幾種常見的剪力墻

2　高層建筑框架剪力墻結構設計的一些問題

在進行高層建筑結構的設計過程中，采用剪力墻結構對高層建筑的抗震性能有顯著的提升效果，但是框架剪力墻結構在使用過程中仍然存在著許多技術問題，為了更好的發揮框架剪力墻結構在結構抗震體系中的優勢，設計施工過程中必須注意結構體系之間的聯系，可以在剪力墻的周圍增加梁柱結構，形成邊框剪力墻以保證斜截面的承載能力，以抵抗剪力墻開裂后對梁柱施加的附加剪應力。

2.1剪力墻結構設計的計算方法

目前，在我國設計工作中開始引進先進的計算機技術，國內外已經開始運用剪力墻結構設計軟件，但是計算機仍然需要經驗豐富的設計人員來解決相關的問題。由于剪力墻呈現出脆性，無法滿足抗震的具體要求。因此，在剪力墻結構設計過程中，要進行精確的計算，但是專業的結構計算軟件不多，所以設計人員應該充分地結合現代設計和計算的工具，而且一定要把自身的工作經驗結合起來，這樣就可以提高結構設計工作的效率及其質量。在對剪力墻結構設計進行優化的過程當中，既要考慮計算的結果，還應該結合試驗不斷地對處理設計的方案進行優化，這樣可以確保計算結構的可靠性。例如：在剪力墻的邊緣構造設計過程中，在經過計算以及分析之后，可以得出通過增加墻肢截面兩端的翼緣可以使得墻肢的延性得以提高。

2.2框架剪力墻的變形協調

2.3建筑整體結構的性能

框架剪力墻結構是一種被廣泛應用于我國實際建筑工程中的結構體系，其抗震的性能兼顧了框架結構和剪力墻的抗震優點。這一性能的準則是“投資-效益”，即根據不同的建筑物的設防標準的不同，在分析結構抗震性能的基礎上，將其劃分不同的等級。這一設計理念中，合理的抗震性能目標和結構措施是必須的設計要求。投資-效益相結合的準則使得結構設計方案得到了很大程度上的優化，能夠更好的實現目標。在剪力墻結構設計當中，必須了解結構受力的情況，這樣可以很好地避免在地震或者是其他的自然災害時候出現的受力不均勻的情況，這樣可以很好地控制災害。以往的承載力抗震設計方法往往存在這樣的不足：該方法對于結構在彈塑性階段的工作情況不能進行準確的描述，同時也無法控制結構在震害作用下的破壞程度，使得結構處于一種被動的抗震情形之下。在設計剪力墻結構的時候，必須注重結構最薄弱的地位，這樣就很好地防止結構局部能力減弱。與此同時，要結合工作人員的工作經驗以及相關的技術參數，并且要對薄弱的部分進行準確的分析，這樣做便于找到相應的技術措施，從而可以使得結構的總體抗震能力得到提高，更合理的實現性能抗震設計。

2.4框架剪力墻結構在水平地震作用

剪力墻結構最主要的作用就是防震，進而可以在發生地震的時候，剪力墻結構的抗壓作用得到了減少。框架結構的靈活布置也提供了很大的建筑空間，剪力墻的延展性和抗側力也得到了充分的發揮。對于剛度特征這樣一個同時與框架的剛度和剪力墻的剛度有關的參數，其值的大小嚴重影響著框架剪力墻結構的變形和受力等。如果結構具有較好的剛度退化系數和適當的層間位移轉角，那么框架剪力墻結構的彈塑性能就能被更好的表現出來。

2.5基礎方案與承重構件設計

在對剪力墻結構基礎方案進行設計的時候，對于設計人員而言，必須到現場去考察，結合水文地質條件以及工程項目地址，應該進行合理的規劃，尤其是那些可能出現安全以及質量問題的地方，一定要及時地進行處理，這樣基礎方案就可以很好地發揮其作用。與此同時設計人員要充分結合自己的工作經驗來修訂以及整改基礎方案，確保剪力墻結構基礎方案能夠符合國家的相關規定，最終促使高層建筑施工得以順利完工。

3　剪力墻在建筑設計中的應用

3.1工程概況

廣州市某工程，負責改建工程東一區3#、4#塔式住宅樓，標準層層高為2.7m，出屋面水箱間及電梯機房，層高分別為2.2m及3.6m，這個建筑的室內外的高度之差達到0.3m，標準層層高為4.5m，建筑的總體高度是98.90m。顯然屬于A級高層建筑物（根據《高層建筑混凝土結構技術規程》）。風荷載取值為0.30kN/m2，風荷載計算一般都按照基本風壓的1.1倍采用。該建筑物的特點是：該建筑的樓板有部分不連續的現象出現在主要的樓板中間，可能發生突變的豎向立面尺寸和平面不規則性，例如平面疊合面積小于較小邊25%等以及豎向不規則性（2）按50年設計基準期、超越概率63%的多遇地震作用（俗稱小震），采用的辦法分別為SATWE、ETABS用振型分解反應譜法進行線彈性分析。建筑物的構件斷面尺寸和配筋必須根據“抗規”和“高規”規定的荷載組合來進行估算。

3.2剪力墻部分的布置

這個工程具有非常大的抗側力剛度，而剛度要取決于樓層上板的連接、洞口的大小、連梁的形式、墻體的分布等很多因素。剪力墻沿著高度方向變截面，這樣就使剛度可以均勻地發生變化，上層和下層的剪力墻軸線重合，這樣就使得應力傳遞變得非常合理。充分發揮剪力墻效率最好的方法就是應該把剪力墻進行集中布置，并且形成一核心筒。要使用軟件準確地把核心筒的剛度計算出來。該工程多次進行調整以后，使平面以及豎向布置非常理想，其主要的技術指標如下：①荷載形心的坐標是x=17，Y= 16.60；②標準層的形心坐標為X=16.65，Y=16.65；③總重量為434168kN。荷載的中心和平面的中心基本可以重合，平面的形狀非常規則，而且構件布置非常均勻；兩個形心之間的距離是e/l= 1.6%，e=0.45。

4　結束語

綜上所述，剪力墻結構設計在建筑結構設計是一項非常重要的工作，做好這一項工作對于提升人們的生活水平具有重要意義。關于框架剪力墻結構等抗震設計國內外專家和學者已經進行了大量研究，其成果在工程結構設計中也得到了應用。在建筑結構剪力墻結構設計的時候，必須把每一個方面的影響因素以及相關的制約條件考慮到，與此同時要充分結合結構抗側剛度大以及外觀簡潔等優點來進行，最終降低了工程造價，從而促進高層建筑結構設計工作的不斷優化。

[1]蔣耀勤.建筑結構設計內剪力墻結構的運用分析[J].江西建材，2015（01）：11～12.

[2]黃長城，方林，金國芳.某不規則鋼框架結構房屋抗震性能分析研究.結構工程師，2015（01）：17～18.

[3]何認雄.關于高層建筑結構設計相關問題的探討[J].江西建材，2015（01）：21～23.

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1673-0038（2015）07-0023-02

2015-1-20