高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設計的探討

周志遠

（山西晉城煤業(yè)集團勘察設計院有限公司 山西 晉城 048006）

高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設計的探討

周志遠

（山西晉城煤業(yè)集團勘察設計院有限公司 山西 晉城 048006）

在高層建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是較為常見的結(jié)構(gòu)。它的應用范圍較為廣泛，如果設計得當，不僅能夠使高層建筑更加穩(wěn)定，而且還能增強其防震功能。為了保證框架-剪力墻具有更高的安全保證，需要根據(jù)工程的具體特點進行設計。本文主要對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計應用及相應的設計要點進行了探討。

高層建筑；框架-剪力墻；結(jié)構(gòu)設計

一、前言

目前高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要包括框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)等。對于超高層建筑來說，還包括筒體結(jié)構(gòu)以及框架-筒體結(jié)構(gòu)等。其中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是應用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，主要可分為框架-剪力墻分開布置、在框架結(jié)構(gòu)的若干跨內(nèi)嵌入剪力墻、在單片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)分別布置框架和剪力墻。由于現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)復雜性，人工計算已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)設計計算的需求，因此必須使用相關(guān)的工程軟件進行計算。在進行結(jié)構(gòu)設計時，首先要對結(jié)構(gòu)進行概念設計，這樣才能確保高層建筑框架-剪力墻的設計更合理。

二、高層建筑框架-剪力墻設計應用

1、連梁設計

第一，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，需特別注意連梁設計。因為連梁部分對于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定有重要影響，因為，按照多道設防的要求進行概念設計時，墻體是第一道防線，在設防地震、罕遇地震下先下框架破壞，而連梁是墻體中主要的構(gòu)件。在設計時，要控制連梁的高度，同時還要讓洞口的寬度合理，符合建筑功能的要求。對連梁的設計主要由剪力墻的洞口寬度的設定，要控制連梁、洞口等相關(guān)的數(shù)據(jù)。一般來說，連梁和洞口的關(guān)系是反比例。當連梁的高度降低，其跨高比就會增加。而結(jié)構(gòu)的抗震性，需要兩者的兼顧考慮。

第二，要想控制結(jié)構(gòu)中裂縫的出現(xiàn)，那么就要適當折減連梁的剛度。在抗震設計時，連梁剛度相對框架-剪力墻較小。截面承受的彎矩和剪力較大，配筋設計困難。因此，在不影響承受豎向荷載能力的前提下，允許適當開裂，即折減剛度；把內(nèi)力轉(zhuǎn)移至相連剪力墻上。但折減系數(shù)不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力，實現(xiàn)連梁的強剪弱彎的原則。此外要對結(jié)構(gòu)的其它構(gòu)件進行合理設計。此外，為使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定剛度彈性參與整體分析需要通過對結(jié)構(gòu)的合理配筋來實現(xiàn)。因此，要將連梁內(nèi)部的作用力轉(zhuǎn)移，形成塑性內(nèi)力重分布，將作用力合理分配給各受力構(gòu)件，以此降低連梁的開裂影響。

第三，不斷調(diào)整剪力墻厚度，在設計連梁的時候，根據(jù)水平、豎向荷載對結(jié)構(gòu)的作用及構(gòu)造要求適時對剪力墻厚度進行調(diào)整。如果結(jié)構(gòu)中存在底部轉(zhuǎn)換層或存在框支剪力墻時，在保證建筑具有穩(wěn)定性的前提下，按照設計要求，應將底部剪力墻的厚度提高。總而言之，在設計連梁的時候，涉及到的問題較多，而且需要解決的問題也不少。不單單是要保證連梁的剛度，還要讓連梁具有一定的抗剪能力。當建筑剪力墻能夠滿足設計要求的時候，建筑的安全性及經(jīng)濟性能得到較好的保證。

2、墻肢設計

第一，墻肢的布置影響著建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，正是因為墻肢的重要性，因此需要科學的控制墻肢。總體來說，在設計墻肢厚度的時候，要與國家規(guī)定的標準相符，一般來說，高層建筑都有地下室，做為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。但是也有特殊的結(jié)構(gòu)，當建筑中沒有地下室，那么就要重視結(jié)構(gòu)布置。在對結(jié)構(gòu)設計的過程中，應盡可能避免出現(xiàn)墻肢小偏心受拉情況的出現(xiàn)，當雙肢剪力墻中一個墻肢出小偏心受拉時，該墻肢可能會出現(xiàn)水平通縫而嚴重削弱其抗剪能力，抗側(cè)剛度也嚴重退化，由荷載產(chǎn)生的剪力將全部轉(zhuǎn)移到另一個墻肢而導致另一墻肢抗剪承載力不足。剪力會在墻肢中重新分配，因此，墻肢的彎矩、剪力設計值應相應的增大。

第二，隨著建筑越來越高，因此，結(jié)構(gòu)設計中，應該使得結(jié)構(gòu)具有很好的空間工作性能。框架-剪力墻是框架和剪力墻共同承擔豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)體系，布置適量剪力墻是其基本特點。無論是否抗震設計應該采用雙向抗側(cè)力布置，且結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的剛度和承載力不宜相差過大；科學合理的構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的空間性能。因此，在框架-剪力墻設計時，嚴禁在需要抗震設防區(qū)域使用單向剪力墻抗側(cè)力設計。應在兩個主軸方向均應布置剪力墻，保證平面均勻分布，剛度中心要和建筑的整體質(zhì)心相重合或者是盡量靠近，如此可以很大程度上減小扭轉(zhuǎn)效應。以體現(xiàn)多道設防的要求。

三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計要點

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(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，因為剪重比對于剪力墻具有重要的意義。如果剪力墻結(jié)構(gòu)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(xiàn)實中很難準確計算傳統(tǒng)振型的分解法，因為地震影響系數(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，使得計算結(jié)果與實際情況不相符。因此在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中確定剪重比時，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。

2、剛重比的設計要點

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，因為剛重比既直接反應結(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，是影響重力P-△效應的主要參數(shù)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性較小。主要是控制在風荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應不致過大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。當結(jié)構(gòu)的剛重比減小時，重力P-△效應會呈非線性關(guān)系急劇增長，直至引起結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)。當結(jié)構(gòu)的設計水平力較小時，如計算的樓層剪重比小于0.02時，結(jié)構(gòu)剛度雖能滿足水平位移限值要求，但有可能不滿足剛重比的要求。因此，必須嚴格按照建筑工程設計技術(shù)標準確定剛重比。

3、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能設計

（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)相比單獨的框架結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻是重要的組成部分，是抵抗地震作用的第一道防線，在地震作用下，由于塑性內(nèi)力重分布，框架部分按側(cè)向剛度分配的剪力會比多遇地震下加大，但為保證作為第二道防線的框架具有一定的抗側(cè)力能力，需要對框架承擔的剪力給以適當?shù)恼{(diào)整；主要是根據(jù)各層框架承擔地震作用力與底層結(jié)構(gòu)對應地震作用總剪力的比值為參數(shù)進行。地震作用力主要是沿框架-剪力墻結(jié)構(gòu)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(gòu)件中作用明顯，所以框架結(jié)構(gòu)需要在節(jié)點核心位置設置足夠的箍筋，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中因為剪力墻的存在，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)布置不連續(xù)，在底部側(cè)向剛度較弱部位處，在地震作用下就會導致結(jié)構(gòu)曲率延性集中在側(cè)向剛度底部軟弱的位置，這樣會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。所以，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計要重視剪力墻高度的連續(xù)性。同時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)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。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。

四、結(jié)束語

總而言之，在高層建筑的項目中，應用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設計是比較廣的。其組成形式較為靈活，在結(jié)構(gòu)布置時如果處理好框架和剪力墻之間的關(guān)系。可使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)更好地發(fā)揮兩種結(jié)構(gòu)自自我作用并且使整體合理地工作。此外，在結(jié)構(gòu)設計的過程中，要注意重點部位的設計，并嚴格按照設計的要求去施工，這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和建筑功能性都有很好的保證。

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1007-6344（2017）05-0106-01