高層框架剪力墻結構的設計要點及其應用研究

玄升大

西部建筑抗震勘察設計研究院青海分院 青海 西寧 810001

高層框架剪力墻結構建設目的是防止建筑結構遭到剪切破壞，并且高層框架剪力墻結構具有抗側剛度大，能有效減少側移，而且具有較好的抗震性能等優點，因此為了充分發揮其作用，以下就高層框架剪力墻結構設計的要點及其應用進行了探討分析。

1 高層框架剪力墻結構設計要點的分析

高層框架剪力墻結構設計要點主要體現在：①合理調整樓層之間最小剪力系數。首先，為了降低房屋及構筑物的自身重量，增強建筑物的抗震能力，需要在短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩40%以內的前提之下，盡量控制剪力墻的數量。其次，在遵循上一前提的基礎之上，對剪力墻進行大開間處理，使得高層框架剪力墻結構的側向剛度變得更好。這樣可以有效控制建筑樓層之間的最小剪力系數。②合理調整樓層之間最大位移和樓層高之間比例。在高層框架剪力墻結構的設計過程中，設計的重點主要集中在對樓層之間的扭轉變形和剪切變形的處理上。建筑物的剪切變形處理是用豎向構件的數量進行控制的。因此，一旦豎向構件的數量過多，剪力墻的剪重比例勢必變得偏大。這種不合理的高層框架剪力墻結構工程設計將直接導致建筑樓層之間的扭轉變形，且變形的程度較大。在這種情況之下，高層框架剪力墻結構同樣難以滿足建筑物樓層之間發生位移的需要。因此在高層框架剪力墻結構工程設計中，建筑物樓層之間的位移不能僅僅依靠豎向構件的剛度進行調整，還應該盡可能地減少樓層之間的扭轉變形，這就需要注意調整樓層之間最大位移和樓層高之間的比例[1]。

2 某高層框架剪力墻結構工程的概況

某建筑工程地表無不良地質現象，設計使用年限為50年，建筑耐火等級為二級。抗震設防烈度為七度，主體為剪力墻結構，裙房為框架結構。地基基礎設計等級為乙級，主體為筏板基礎，裙房為柱下獨立基礎和墻下條形基礎。主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。

3 高層框架剪力墻結構設計的應用分析

3.1 高層框架剪力墻基礎設計的應用分析

該高層建筑工程上部12層帶1層地下室，根據勘察報告，取筏板厚為1000mm，經細算后筏板可減至800mm，經濟性明顯。因此，基礎選型應作方案比較，才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對小高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數計，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據筏板配筋情況調整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用非常重要，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達百米以上，中間就設置幾條后澆帶。目前可采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內可不設或少設后澆帶，并且對所設后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程長50.75m，大于規范要求的45m，故應用筏板基礎采后澆帶來解決結構超長的問題[2]。

3.2 高層框架剪力墻結構設計應用的分析

具體體現在：①合理布置剪力墻。剪力墻的布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合。在結構布置應避免“一”字形剪力墻，若出現則應盡可能布置成長墻；應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的2.5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件時兩個方向均應布置成長墻；規范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程主梁擱置在剪力墻上的，在相應部位設置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。②剪力墻配筋及構造設計要點分析。第一、剪力墻配筋。該工程剪力墻一層墻厚為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。六層以下水平筋Φ10@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@400拉筋；六層以上Φ8@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋14@200為主要受力鋼筋，水平筋則構造配置，該工程均取12@150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。為增大計算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內側，豎向鋼筋放在外側。第二、剪力墻邊緣構件的設置。相關研究表明，鋼筋混凝土設置邊緣構件后與不設邊緣構件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩定性，因此一般一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件；其余剪力墻應按《高規》設置構造邊緣構件。有工程技術人員對某具體工程計算結果中在墻肢軸壓比小于0.25情況下計算配筋僅為構造配筋，而約束邊緣構件配筋則高達40c㎡，造成設計時鋼筋配置困難，施工難度更大，所以對剪力墻的配筋應首先區分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率，建議加強區0.7%，一般部位0.5%；對于短肢剪力墻，應按《高規》控制配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按《高規》控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計[3]。

4 結束語

綜上所述，高層框架剪力墻結構在不僅能夠滿足建筑的基本使用功能，而且能夠滿足人們對建筑的個性化、經濟性和耐久性需求，有效保證了建筑質量,實現了工程成本的降低。因此對高層框架剪力墻結構設計的要點及其應用進行分析具有重要意義。