高層建筑框架剪力墻結構設計初探

陳 浩

杭州施朗建筑設計咨詢有限公司

高層建筑框架剪力墻結構設計初探

陳 浩

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本文從剪力墻的分類出發，分析了框架-剪力墻結構中剪力墻設計，并對高層建筑中框架剪力墻設計的運用進行了探討，以供參考。

高層建筑；剪力墻結構設計；應用

前言

目前在建筑工程中，尤其是現代高層商業、辦公以及住宅建筑中，框架-剪力墻結構形式的應用十分普遍。該結構形式能夠為建筑平面提供較大的使用空間，同時借助剪力墻形式來提高建筑物的抗剪以及抗橫向彎矩的能力，因此探究高層建筑中框架-剪力墻結構設計極為必要。

1 剪力墻的分類

不同的剪力墻，其分類標準也是不相同的，剪力墻可以根據開口的大小以及數量等多方面的因素進行劃分，例如壁式的剪力墻框架、整截面墻以及獨立懸臂墻等，共有五種主要的分類。剪力墻的整體系數與梁、肢等具有密切的聯系，其數值越小，后者越弱，所以在進行設計的過程中，需要對剪力墻的相關系數進行嚴格的設計。通常情況下，剪力墻的整體性能是與梁、肢相關的，需要保證連梁與墻肢之間具有較大的彎矩，針對這一情況，在對剪力墻進行分類的過程中，應該從截面的慣性矩等情況入手，保證剪力墻結構的穩定性。如果整體系數高于10，那么就是壁式框架，如果小于10，那么就是聯肢墻。不同類型的剪力墻在受力特點方面具有一定的差異性。

2 框架-剪力墻結構中剪力墻設計

2.1 剪力墻布置

在布置剪力墻的過程中是按照一定原則實現的，要保證周邊具有對稱性以及分散性的特點，同時還要確保其更加均勻。為了實現這些原則，需要按照以下幾方面的工作進行。首先周邊需要遵循一定的原則，在剪力墻進行設計的過程中，需要對建筑物能夠抵抗扭曲的能力加以充分的考慮，確保平面中心與剛度中心是相互一致的，在對剪力墻進行布置的過程中，需要保證周邊對稱，這樣既不會增加剪力墻的面積，還能進一步提高剪力墻抗扭曲的程度，讓抗扭曲的內力壁得到進一步的提升。其次是需要滿足分散性的原則，在剪力墻的布置過程中，剪力墻自身的墻片數量應該得到一定的控制，不能過少，而且要努力保證剪力墻的剛度，連續尺寸方面也不要太長，這樣可以使得剪力墻分散一些，抗側力構件數量多一些。這樣，可以防止由于一片剪力墻局面破壞而導致破壞剪力墻的整體抗扭曲力。同時，分散原則也有助于避免剪力墻受力過于集中，避免由于剪力墻負擔過重而導致遭到破壞，對于剪力墻的整體發展極為不利。

2.2 確定剪力墻厚度

剪力墻厚度同樣也是剪力墻設計中應該注意的關鍵問題。在框架剪力墻結構中，剪力墻最好有約束構件，也即是邊框梁以及邊框柱。剪力墻厚度都是有一定的規格的，在抗震設計時，底部加強區的墻厚，一、二級不應小于200mm且不宜小于層高或無支長度的1/16，三、四級不應小于160mm且不宜小于小于層高或無支長度的1/20，無端柱或翼墻時，要求更嚴。同時，剪力墻厚度確定時，應該注意邊框梁的寬度應該同剪力墻的厚度相一致，高度方面可以是墻厚的3 倍。所以，要想獲得科學合理的剪力墻厚度，應該充分的考慮結構安全以及經濟合理等方面的要求。綜合考慮到各種因素，剪力墻的厚度應該在滿足樓層高度二十分之一以及十六分之一的前提下，取值200mm 最為合適。

2.3 確定剪力墻數量

剪力墻數量同樣也是剪力墻設計中應該注意的關鍵問題，一般來講，剪力墻數量主要是由許可位移決定的。按照高層建筑中一般裝修的要求，框架剪力墻結構層高應該是頂點位移的800倍，對于裝修要求較高的，框架剪力墻結構層高應該控制在頂點位移的850倍之內，在滿足這些數據的前提下，進而進行增減剪力墻數量。同時，剪力墻數量還應該滿足結構自振周期的要求。結構自振周期的合理范圍計算方法如下：T1=(0.09-0.12)Ns。其中，Ns 則指的是樓層的高度。為此，在進行剪力墻數量確定時，應該嚴格按照結構自振周期的合理范圍計算方法進行。如果剪力墻數量多，框架剪力墻結構剛度就可以大一些，材料耗量也大一些，地震時周期短地震力度也應該加大些。據有關調查表明，當每m2樓面剪力強度小于50mm時，地震危害很大；在50mm-150mm 之間時，地震危害為中等水平；在150mm 以上的話，地震危害則最輕。我國在每m2樓面剪力強度值取值方面還沒有形成成熟的經驗，在進行剪力墻數量確定時，我國的做法往往是根據建筑物的高度、工程具體情況、地區設防烈度以及其他參考系數進行。

3 高層建筑中框架剪力墻設計的運用

3.1 連梁設計

第一，為確保框剪結構設計符合相關規范標準，首先需要確保施工的原材料質量達標，尤其是混凝土材料，配比、強度等級等應該嚴格的把關，確保連梁具備較強的抗剪能力。第二，合理控制連梁高度，確保洞口寬度達標。在設計框剪結構中的連梁時，需要基于連梁的強度要求，合理把控連梁和洞口等相關數據。同時還應確保整個建筑物的抗震性能達標。第三，為有效避免建筑結構中出現裂縫現象，需要將連梁的高度予以適當的折減。從設計階段開始，并對連梁的剛度以及其他相關參數進行合理計算，同時還應該確保建筑中的構件具備較強的彈性。第四，需要不斷調整剪力墻的厚度。在設計連梁時，需要依據建筑結構的具體狀況，適當調整剪力墻的厚度。

3.2 墻肢設計

第一，墻肢的厚度直接影響到建筑結構的穩定性和可靠性。因此在進行墻肢設計時，必須科學控制其厚度。框架剪力墻的墻肢厚度除去特殊部位一般是通過計算來確定的。第二，剪力墻的結構布置。在高層建筑中，為確保建筑物具備較好的空間性能，在進行剪力墻結構設計時，最好采用雙向布置的形式，以便于科學合理的構成建筑結構的空間性能。同時為確保建筑物的抗震性能達標，應注意不要在抗震設防區域內采用單向的剪力墻設計。并確保剪力墻的平面能夠均勻分布，剛度中心和建筑物的整體質量中心相重合或者盡量靠近，以此最大限度降低扭轉效應。

4 結束語

總而言之，在當前建筑設計的過程中，框架剪力墻是一個十分重要組成部分，必須要加強對結構平面的布置，這樣才能有助于抵抗水平的提升，并且滿足豎向荷載的要求，以達到均勻對稱的效果。

[1]朱孝弟，潘曉鵬. 框架- 剪力墻結構中剪力墻的設計[J]. 河南建材，2010 (5)：120.

[2]蘇文生. 框架剪力墻結構剛度的調整與控制研究[J]. 民營科技，2010(11)：303.