基于實例分析高層建筑框架剪力墻結構設計

楊 華

（身份證號：3601241979****0016， 江西 南昌）

1 框架—剪力墻結構概述

所謂框架-剪力墻結構，主要指的是由框架結構和剪力墻結構兩種結構結合而成的一種結構形式，將兩種結構的各自的優勢集中到一起。眾所周知，框架結構的變形主要為剪切型，上部樓層之間的相對變形較小，下部樓層之間的相對變形較大，而剪力墻結構的變形主要是是彎曲型，上層之間的相對變形較大，下層之間的相對變形較小。因此，框架-剪力墻結構綜合了兩種結構的特點，由兩種結構的協調變形，形成了彎曲剪切變形，減小了樓層間的相對位移比和頂點位移的比值，提高了結構的側向剛度。從受力特性來看，由于框架—剪力墻結構中剪力墻的側向剛度遠大于框架的側向剛度，在水平荷載作用下，剪力墻承擔了超過 80%的剪力。因此，框架結構在水平荷載作用下的樓板剪力沿高度分布均勻，各層梁柱的彎矩相近，有利于降低梁柱規格，繼而使得施工更加便捷。

2 框架-剪力墻結構設計要點

2.1 框架結構配置要求

在布置框架—剪力墻結構體系過程中，不僅要滿足《抗規》、《高規》及其相關規范準則，同時，還需要滿足以下要求:

布置框架-剪力墻結構時，不僅要符合《高規》、《抗規》及其有關規定，同時還需要滿足一下相關要求：

（1）框架剪力墻結構中剪力墻的布置一般按照“均勻、對稱、分散、周邊”的原則布置。

在框架—剪力墻結構布置中，對于剪力墻的布置要遵循一下原則：均勻、對稱、分散、周邊。

（2）進行框架—剪力墻結構設計時要采用雙向抗側力體系，在抗震設計環節兩主軸方向要設置剪力墻結構。

（3）剪力墻應連接建筑物的整個高度，并應逐漸減薄沿高度墻的厚度，以避免剛度的突然變化。

2.2 抗震設計要點

（1）在抗震設計過程中，可以通過機構控制來實現總體屈服的目標。其設計做法是在框剪結構的特定位置上安裝上一些“塑性鉸”，從而有效的控制塑性鉸發生的趨勢、次序及其程度的等，進而確保在地震過程中能夠有效的進行能量的損耗。

（2）平衡結構剛度和承載力。在框剪結構中，剪力墻的數量增多，體積增大，剛度增大。然而，這會使結構的固有振動周期變小，地震作用的整體水平增加，否則，結構的剛度將減小，地震力將更小。

2.3 剪力墻布置

通常情況下，應設置在平面形狀改變的地方，或角、端角、凹角部分，可以有效地增強扭轉阻力。高層建筑樓梯、電梯室和管道井的樓板開口會嚴重削弱樓板的剛度，這對框架-剪力墻結構的協調有不利影響。針對這一現象，為了加強這些薄弱環節，在工程設計中使用鋼筋混凝土剪力墻，如樓梯、電梯豎井、豎井管軸等都將起到很好的效果。剪力墻間距適用于現澆鋼筋混凝土樓板L/B＝2-4，適用于裝配式整體鋼筋混凝土樓板 L/B＝1-2.5。原則上，建筑物的高度越高，其取值就要越小。

2.4 剪力墻的厚度

在框架-剪力墻結構中，剪力墻的邊界應由梁（或側梁）和端柱組成。規范中規定剪力墻截面厚度為：

1）在抗震設計中，通常一級、二級剪力墻底部加固部分的厚度都不得小于1/16的層高，且不得小于200毫米；

2）其他小于160毫米，不應低于1/20層的高度。隱蔽梁的寬度應與墻體一樣厚，其高度可以是墻體厚度或框架梁截面的 2倍。框架柱的截面應與同層框架柱的截面相同，滿足框架結構中框架柱的要求。

3 實例分析

某地區一高層建筑項目，地上15層，高1～2層5米，其余標準層高3.4米，地下1層，高5米。該工程的風壓為0.40kN/m2、施工場地III級、基礎設計甲級、8度抗震設防、建筑抗震設防等級 C級、框架抗震設防等級二級、剪力墻等級一級。

3.1 基礎與樁基設計

由于液化土③層主要是淤泥和粉砂土，預制管樁用于滲透液化層。樁徑為500mm，樁端持力層置于粉砂和細砂的頂面。基礎應在柱下、墻下和防水板下支撐。

3.2 結構布置

1）設計基本原則。根據業主對建筑物的功能要求，考慮到建筑物的一、二層需要滿足大空間和結構高度的餐廳、健身中心的建設要求，主體結構采用鋼筋混凝土框架-剪力墻體系。

2）剪力墻的布置與設計。按照混凝土施工技術的相關規范，在進行剪力墻布置時，剪力墻的間距不能太大，要均勻布置在建筑物、樓梯、電梯、平面形狀變化大的位置，剪力墻肢體越長，所吸收的荷載剛度越大，地震力越大，因此，剪力墻不能太長。同時，在實際設計過程中，可以利用在剪力墻中打結構孔來減小剪力墻的剛度，進而避免剛度的突然變化。同時，為確保建筑結構能有足夠的剛度來抵抗扭轉，并讓建筑剛心能平面形心相吻合，可以把剪力墻均勻的布置在建筑物周邊對稱區域。

3）樓屋面板的選型及設計。由于本工程主體結構采用現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，為了提高柱-剪力墻的協調性和整體結構的剛度，樓板也采用現澆鋼筋混凝土梁和樓板結構。為了提高結構的側向剛度，根據建筑的布局，地板的二次梁沿建筑的y方向布置。樓板厚度按跨度計算。

4）剪力墻的連梁設計。雖然剪力墻之間的梁可以先破壞，但在實際設計中，連接梁在剪力墻之間起到連接作用，并通過連接梁分布地震力。為實現連接梁在墻腿屈服前的強剪切和弱彎曲，計算模型的調整主要通過對開口高度的整體規律調整來加強。連接梁的抗剪能力。在設計中需要注意的是，當連接梁的破壞對豎向荷載沒有明顯影響時，可根據獨立墻體支的計算圖分析二次頻繁地震作用下剪力墻的破壞情況。

5）整體計算結果。PKPM計算表明，在規定的水平力作用下，底板剪力墻承受的傾覆彎矩大于 50%。因此，根據典型框架剪力墻確定抗震等級，整體結構滿足la的計算指標。位移、扭轉、位移比等。同時調整柱墻截面和連接梁截面，防止加固。通過改變混凝土截面和等級來調整框架柱和剪力墻的軸壓比。通過改變樓板厚度和梁截面高度來滿足撓度要求。

3.3 項目設計注意事項

1）方案選型與概念設計。根據建筑功能要求制定科學、合理、經濟、使用的結構方案。要保障結構體系能有一定的應力、簡單的力傳遞、多條安全線路，同時有效的增加建筑結構及其內部的冗余度，進而引入超靜定結構和抗連續倒塌設計思想，確保方案選型的合理性。

2）抗震等級的確定。通常，在規定的水平力作用的條件下，往往由于柱的截面不同，其剪力墻的布置也不同，所以，使得柱與剪力墻的地震傾覆力矩的百分比不同，因此，地震等級及其適用范圍也是不同。因此，實際設計過程中，柱截面和剪力墻布置都要經過多次的調整地震傾覆力矩的百分比，而且，地震傾覆力矩的變化會影響結構地震等級。

3）剪力墻的布置。在剪力墻的實際設計中，整體計算應平衡框架柱和剪力墻的作用。當整體計算滿足要求時，會出現過擬合、超軸壓比問題，設計中反復計算設計難度大。在混凝土設計中，剪力墻不能貫穿整個建筑的高度，導致剛度的突然變化。為保證剪切力的可靠傳遞，進行樓板澆注，確保厚度在16厘米以上，相鄰上層樓板柱應相同。應采取有效措施提高變形能力，避免塑性鉸過早。

4 結束語

綜上所述，框架-剪力墻結構在高層建筑結構設計中的應用非常普遍，框架-剪力墻結構體系是高層鋼筋混凝土結構中較為常見的結構體系。因此，為了進一步促進高層建筑的發展，我們的設計師在實際工程設計中要加強重視，通過實際探索和研究，積累和總結實踐中的各種經驗，不斷創新，使建筑結構合理，以獲得適當的經濟技術指標。

[1]葛斌.淺析鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題[J].中國高新技術企業，2011（16）

[2]陳友.探討鋼筋混凝土高層結構設計中存在的問題及對策[J].城市建筑，2012（87）