高層建筑框支-剪力墻結構設計優化策略探究

張 穎 肖 帆 武漢名洋建筑設計有限公司

1 高層建筑框支剪力墻結構的主要設計難點

為直觀闡述建筑框支-剪力墻結構在設計階段中的主要設計難點與問題，以7度區的某高層建筑工程為例，該建筑轉換層分布于地上二層，建筑總體結構由一層地下室、地上底部兩層商業（商業裙房比主樓的范圍大,1～2個柱跨）、地上3～24層住宅共同構成，建筑總體高度數值為78.3m，室內外高差為0.3m。

1.1 結構豎向剛度不規則

該建筑于地上1層區域中設置大堂以及地上1、2層設置商業區，大空間設計需求，導致較多剪力墻結構無法落地，而地上二層以上為住宅，為了能盡量減少外凸結構豎向構件而采用剪力墻結構，故選擇采用框支-剪力墻進行轉換。豎向抗側力構件出現不連續的結構設計問題。另外，由于層高的變化較大，一、二層層高均為6m，3～24層層高均為3m，存在著豎向構件上下剛度突變的問題。為滿足規范，在這兩個重大功能要求不好改變的前提下，要通過調整平面結構構件布置來解決。

1.2 結構平面布置不規則

該建筑2層以上平面比較規則，基本對稱，且局部外凸長度滿足規范的規則要求。但是，由于底部的兩層商業裙房，平面尺寸大于主樓的尺寸，存在上下剛度分布不均勻及重心剛心偏置問題，導致整體結構的扭轉位移加大，必須通過調整豎向構件的布置來形成一定的抗扭剛度，使結構的位移和位移比，以及結構周期、周期比能控制在規范允許的范圍內。另外，大堂及商業加樓梯的功能要求，平面還存在開洞較多的不利問題。由于結構剛度的需要，必須有一定比例的剪力墻落地。由于底部大空間功能的限制，只能在有限的位置布置落地剪力墻，因此大大增加了結構設計的難度。

2 高層建筑框支剪力墻結構的優化設計策略

2.1 選擇適當位置設置落地剪力墻

在多數高層建筑工程中，主要存在結構整體剛度、剛度比、抗扭剛度不足的問題。在該高層建筑工程中，首先利用建筑平面的允許位置，例如在上下貫通的樓電梯間處、商鋪的分隔墻處，盡量能多的讓主樓剪力墻落地。保證大分區，在不影響主要功能的前提下去引導建筑專業做適當的調整。落地剪力墻，盡量保證一定的均勻性，質心和剛心盡量重合，建筑外圍剪力墻不能太少，否則抗扭剛度很難滿足規范的要求。

2.2 調整框支-剪力墻布置方案

在部分高層建筑工程結構設計方案中，存在剪力墻短墻布置比例過高問題，并以此為誘因引發框支-剪力墻重復設置、建筑整體結構抗扭剛度不足等設計問題的出現，也會減少造價。在合理范圍內適當減少短肢剪力墻的布置數量。此外需要注重將長墻長度控制在8m以內，優先選擇設置具有良好水平豎向承載力的框支剪力墻體結構、保持合理剪力墻體間隔距離等等。

從剪力墻剪跨比角度來講，雖然部分高層建筑結構中框支剪力墻體的長度超過8m，且在理論層面上仍舊滿足建筑延性破壞要求（剪跨比大于等于2的前提下）。但是如若不同墻肢之間的長度差異過大，也將對建筑二道抗震結構/防線造成負面影響，出現多處建筑抗震薄弱環節。以該高層建筑為例，如若在結構中設置過多短肢體剪力墻結構，將會對建筑整體結構的抗震性造成負面影響。因此結構選擇優先采取設置長肢剪力墻結構（墻體長厚比大于8）。

2.3 合理處置大墻肢

在高層建筑結構設計階段，要確保所設置框支-剪力墻具有良好的延性，從而避免墻體剪切破壞等施工問題的出現概率（將剪力墻結構的高寬比值控制在合理范圍內）。而在框支剪力墻結構長度高于相應標準時，為保持合理高寬比值，可選擇于框支剪力墻體結構中采取開洞分割處理方式，將墻體分割為多處具有高度獨立性的墻段結構，從而預防墻體受彎裂縫施工問題的出現。而在高層建筑結構中存在大墻肢問題時，需要基于大墻肢結構計算建筑主體承載力，且同時采取優先分割大墻肢（在建立墻體中預留施工洞，隨后將大墻肢分割為多處小墻肢）、設置混凝土墻（設置配套混凝土墻，以實現對小墻肢配筋性能的優化提升）。

2.4 制定適當平面結構布置方案

在高層建筑框支-剪力墻結構設計階段中，設計人員需要在條件允許范圍內，優先選擇沿主軸方向或是其他方向對框支剪力墻結構加以多向布置，同時對勻稱布置設計原則進行嚴格遵循，確保框支-剪力墻的質心以及結構剛心做到有效重合。對這一設計目的的實現，也將大幅降低剪力墻結構扭矩問題的出現概率。因此，在框支剪力墻結構與設計環節中，需要將結構側抗力以及剛度控制在合理范圍以內，并對剪力墻結構的設置間距進行適當加大。

3 結束語

框支-剪力墻作為高層建筑結構的主要構成部分之一，與建筑結構穩定性、抗震性等性能息息相關。因此，設計者應對上述各項結構設計優化策略加以靈活應用，有效解決豎向構件不連續以及平面布置不均勻等設計問題，以提高高層建筑結構設計效果。