建筑工程中框支剪力墻結構設計問題探討

羅科

摘要：隨著城市進程的不斷加快，高層建筑逐漸增多，如何保證其結構的科學性成為業內人士普遍關心的焦點。框支剪力墻結構屬于一種較為常見的現代建筑結構，并在高層建筑中得到了廣泛應用。下文將針對該類結構的設計要點進行相關探討。

關鍵詞：高層框支剪力墻；結構設計；要點

1.工程概況

某建筑工程，建筑總面積88616m2，共計52層（含地下4層），建筑高度184.6m。該建筑采用框支剪力墻結構，框支柱采用高強鋼管混凝土柱，轉換層采用一般梁式轉換。框架、剪力墻的抗震等級分別為：1）框支框架的抗震等級為特一級。2）普通框架的抗震等級為一級。3）剪力墻1～12層的抗震等級為特一級。4）其他層剪力墻的抗震等級為一級。

2.結構的整體計算分析

整體計算本建筑工程時，先后使用SATWE、ETABS，并對兩種計算方法的結果予以分析，發現由它們得到的主要指標沒有明顯差異，提示計算結果具有足夠的可信度。由結構布置和得到的計算結果可知，本建筑工程屬于超限高層，其涉及的超限內容如下：1）在總高度上大于規范要求的B級高度鋼筋混凝土建筑的最大適用高度。2）豎向抗側力構件有間斷，屬于Ⅱ類，伴有扭轉不規則問題。3）大底盤多塔復雜結構，還涉及高位轉換問題，但沒有達到嚴重不規則程度。

3.關鍵部位的結構設計

3.1剪力墻設計

借助A、B兩個塔樓所屬的核心筒進行剪力墻的設置，并將之當作關鍵豎向抗側力構件，考慮建筑存在高度超限問題，于是應用多重措施以保證剪力墻具有足夠的延性：1）增加厚度和提高砼強度等級以保證剪力墻截面具有足夠強度，并保證其軸壓比的合理性，考慮大地震情形下基底能夠承受的剪應力水平，從而避免剪力墻發生脆性剪切破壞。2）對底部進行加強時，增加加強層數，即由原先的-1～9層調整到-1～l2層，剪力墻配筋率調整為0.6%，約束邊緣構件配筋率調整為1.8%，配箍率調整為2.0%。3）受地震荷載、風荷載的影響，連梁通常承受較大剪力，為避免連梁由此受到剪切破壞，應對“跨高比≤2”的連梁進行加強，如增添交叉暗撐等，與此同時，參考其承受的總剪力值進行配筋計算。

3.2鋼管混凝土柱設計

鋼管混凝土柱具有諸多優勢，不僅承載力高，而且延性好，同時還表現出良好的抗震性能，作為框支柱使用，一方面能夠保證抗震性能符合要求，另一方面能夠減少自身截面積而空出更多的使用面積。所以，在設置有轉換層的高層建筑中，鋼管混凝土柱獲得了普遍應用。本工程的框支柱部分便采用性能優異的鋼管混凝土柱，并通過軸力方式使其承擔一定的傾覆力矩。計算構件截面抗剪承載力時發現，如果截面、配筋以及軸壓力三大參數一致，那么不同鋼管混凝土柱所對應的截面抗剪承載力也趨于一致，所以，應確保第一層鋼管混凝土柱所對應的受剪承載力不可低于第二層鋼筋混凝土柱所對應的受剪承載力的3/4。鋼管柱使用的鋼材為Q345B，內襯管以及柱底環板使用的鋼材為Q235B，柱中砼強度等級設計為C60。鋼管混凝土柱經由環梁節點和樓蓋相接，框架梁縱筋被牢固錨入環梁之中，環梁節點中設計有2Φ25抗剪環，且通過貼焊的方式和鋼管壁有效連接。

3.3轉換層設計

本建筑工程的轉換層應用的是一般梁式轉換。基于建筑功能考慮，轉換層的某些框支梁和轉換框支梁相接，這種設計能夠賦予框支剪力墻良好的抗震性能，然而其受力不僅大，而且較為復雜。所以，有必要考慮并設置更多的安全措施。在設計過程中，應盡量保證轉換層具有理想的抗震性能，通常應用中震對應的地震影響系數對結構展開相應的彈性內力分析，同時考慮豎向荷載的大小，在材料強度設計值的基礎上（忽略構件內力增大系數及其影響），對轉換梁予以嚴格的強度驗算，從而保證其在中震條件下能夠保持理想的彈性工作性能。為避免轉換梁發生剪切破壞，應對轉換梁截面進行合理增大，對梁抗剪箍筋進行合理加大，對那些受剪強度偏大的轉換梁設置內焊形式的材質為Q345B的H型鋼，從而確保鋼筋混凝土轉換梁所對應的最大剪壓比不會超過0.15，型鋼混凝土轉換梁所對應的最大剪壓比不會超過0.30。在型鋼混凝土梁梁面以及梁底設計縱向受力鋼筋，適當提高梁底縱向配筋率（增加到1.30%）。

4.建筑框支剪力墻結構設計體會

1）對建筑結構進行設計時，應重視并做好概念設計工作，深入了解建筑結構體系的整體及局部特點，不僅要了解和處理好結構薄弱層，而且要善于發現抗震設計缺陷并予以有效改進。在設計過程中，應最大程度發揮工程設計軟件所具有的積極作用，通過嚴謹的建模以及比較分析，最終設計和提供集各種優勢于一體的建筑結構方案。2）在設計過程中，應重視并把握好框支剪力墻結構所對應的抗震性問題，尤其要采取相關措施以保證轉換層滿足要求。3）假若采用框支剪力墻結構為主且附帶裙樓這種形式，則需要認真考慮結構可能發生的扭轉效應，并采取針對性的處理措施，如選擇外伸裙樓遠離平面質心的角部設置一道L型抗扭剪力墻，不僅如此，還需要在主樓和裙樓連接部位設計一道剪力墻以起到有效加強的作用。4）轉換梁受力狀態將會受到兩大因素的共同影響，一個是上部墻體分布形式，另一個是梁支座采用的約束形式。支座受到較強的約束時，梁將會受到偏心受拉作用，在抬小墻肢或者梁抬柱等相關情形中，轉換梁將會面臨所謂的全跨偏心受壓。5）框支剪力墻如果屬于高位轉換形式，則需要重視并做好概念設計工作，在整體及局部結構上進行嚴謹分析和系統論證，尤其要做好對上部墻體設計的優化調整，從而使其具有最為科學的抗側移剛度。6）對轉換構件予以局部應力分析，并對其配筋進行校核。對框支梁的抗剪截面進行計算，當其未能滿足設計要求時，應選擇加寬的處理方式，而不是加高截面，防止由于過分提高框支梁剛度而有違“強柱弱梁”以及“強剪弱彎”的原則。

5.結束語

在當前建筑中，框支剪力墻結構以其諸多優勢獲得了廣泛應用，為業內人士所重視。設計人員應基于相關設計要求，同時參考工程具體情況對該類結構可能存在的薄弱部位予以全面而深入的分析。不僅如此，還應深刻了解和把握框支梁框支柱配筋方面的特殊性，最大程度發揮工程設計軟件在建模以及分析領域的作用，對各種方案予以比選和優化，從而提供高質量的框支剪力墻結構設計方案，為建筑工程整體質量提供有力保障。

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