淺析高層建筑框架剪力墻結構設計

劉騫

摘 要：剪力墻結構憑借其抵抗水平壓力、提高縱向荷載的性能優勢，在我國高層建筑設計中得到了廣泛應用。文章分析了高層建筑框架一剪力墻結構特點，進一步探討框架剪力墻在高層建筑中的具體應用情況和設計策略。

關鍵詞：高層建筑;框架剪力墻;結構設計

框架一剪力墻是高層建筑為了規避地震災害而設計的結構框架。這種框架結構體系是由兩個不同的系統組成的，它們分別是剪力墻和延性框架，而且由延性較好的結構框架連接而成。這種結構設計比傳統的單純框架結構更加靈活多變，因而被廣泛應用于建筑施工中，我國高層建筑中大部分使用此種設計。

1 框架剪力墻結構工程的概述

框架剪力墻結構工程是由剪力墻結構和多種框架結構共同組成的一種承重結構，具有空間布置靈活、施工方便、抵抗水平荷載能力高等方面的優點，是目前建筑使用比較廣泛的一種結構體系。建筑框架剪力墻結構工程是集剪力墻結構和框架結構為一體的綜合性建筑結構工程，其一般是使用混凝土墻板作為結構的梁柱體系，利用剪力墻承擔工程的水平荷載和豎向荷載的一種建筑，框架剪力墻結構是由于框剪結構是在繼承了框架結構的基礎上融合了剪力墻結構。

2高層建筑框架一剪力墻結構特點

2.1 框架一剪力墻的抗側力結構

框架一剪力墻的結構組成不是單一的結構形式，它是由框架和剪力墻兩種不同的結構組合而成。框架和剪力墻結構的受力特點是。在不一樣的在水平力作用下，框架的受力比較大。框架在受到一定的抗側力時會變形，此時形狀類似剪切型，這種剪切型的框架在地震受力中所承受的力量是：樓層高度和水平位移增長成反比的關系。而在純框架結構中，在受到抗側力時，各個框架的變形結構幾乎相似，樓層剪力與框架剪力墻的建立相差很遠。剪力墻在水平力的作用下，受到抗側力時變形曲線呈現彎曲的形態.此時樓層越高水平位移增長越快

2.2 框架一剪力墻的抗震性能

在高層建筑中抗震設計一般要遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計原則。在發生震級比較小的地震時，建筑物可以正常使用：當發生中級地震時，建筑物有部分損害，但損害較小，可以修復，不影響正常使用;當發生重大地震時，保證建筑物不塌陷。一般地震的破壞力是多方向性的，所以建筑物在進行抗震設計時要在各個方向布置抗側力構件，以抵抗水平荷載，保證結構的承載力，提高建筑物的抗震性。

3 框架剪力墻的承重

3.1 設計實現

在框架剪力墻的設計中和它的整體應用過程中，都要考慮到結構整體的承重性能。框架剪力墻在高層建筑上的承重效果是由它的承重原理決定的。建筑的垂直重力載荷主要是由它的承重墻承擔的，而像地震等地質變化主要是水平的壓力載荷威脅建筑安全，框架剪力墻主要功能是抵御水平載荷。

在建筑低層當建筑受到水平壓力的時候，框架結構基本上不起到承力作用，這時框架中的剪力墻承擔載荷，并且支撐框架結構，產生強大的抵抗力，保持建筑穩定。在建筑高層，由于剪力墻在局部上呈豎直性態，而且受到底部到高層的壓力傳導，剪力墻很難起到承壓作用，這時候由于框架整體的收束性，在力的扭曲傳遞之中，框架牽拉剪力墻形成對壓力的消解。框架和剪力墻組成的整體，在建筑的各個高度上通過力的作用完成承壓功能。保障了建筑在各個層面上的穩定性和安全性，同時為建筑的功能設計提供了發揮的空間，拓展了建筑功能的實現范圍。

3.2 框架剪力墻的維護

在長時間承壓情況下，剪力墻可能會出現損傷的情況。尤其是在震區，剪力墻是建筑安全的重中之重，甚至是建筑的生命線，因此做好高層的框架剪力墻設計尤為重要。首先在剪力墻建造中，就要選用堅固的材料設計，一般采用達到一定剛度和強度的混合材料制成，切不可因為節省原料而消減剪力墻的原料配備，以免建筑落成之后出現嚴重的質量問題。在抗壓抗震功能要求比較高的剪力墻使用中，要結合框架剪力墻具體情況，定期進行檢查和維護。一旦發現剪力墻損傷或者質量問題，要及時上報，并采取相應措施。如果剪力墻有了局部輕微損傷，那么需要進行局部維護;如果出現了大范圍的嚴重損傷，就應該立即停止使用，進行全面的修復甚至重建。

4 剪力墻的設計

4.1 結構選擇

在剪力墻中，根據抗震強度需求和建筑形狀的要求，剪力墻設計有不同的剛度和性能。強度最大的是墻面一體、沒有任何開口的整體剪力墻。這種墻通常用鋼筋混凝土構成，少

部分用預制模型現澆而成，具有很大的剛度，常用于大型建筑底部或抗震掩體以及銀行防盜設施。這種整體墻也有顯而易見的缺陷，即它的墻面沒有開口，形式單一，外觀裝飾效果較差，而且不利于通風換氣和采光，因此整體墻常用于生活功能要求較低的建筑。

如果在墻面上設有一些小開口，或者規則的小開口排列，就形成了小開口剪力墻。這種剪力墻與整體墻抗壓能力沒有太大差異，但是對現實建筑功能需要的適應性較好，可以應用于多種場景的建筑設計。如果開口更大更多，形成整排整列的窗口布局，就變成了框支剪力墻，這種剪力墻剛度和靈活性比較均衡，是最為常用的剪力墻結構，被廣泛的應用在各種地址條件下的各類建筑中。

4.2 框架結合

在剪力墻的選擇上，有很多標準，應該根據建筑地區實際地質環境情況和建筑功能需要綜合考慮。對于高層建筑來說，因為建筑較高，樓層較多，相比之下建筑體呈細長狀，一旦遇到地震等劇烈的地質變化，很容易發生倒坍損情況。由于高層建筑的特殊高度，在建筑整體發生搖晃時，會受到很大的水平力，這時候承重墻無法起到很大作用，需要合理設計剪力墻來承擔水平壓力。在剪力墻上加入框架結構，或者說在框架中設置剪力墻，可以構成新的框架剪力墻結構。在此結構中，框架本身并不承擔主要抗水平壓力的作用，而是和剪力墻配合，在整體上，尤其是對建筑的高層提供抗震保障。

4.3 多種設計結合

在高層大型建筑中，很少有單獨使用一種剪力墻的情況，通常要多種剪力墻一起混合使用，發揮最好的抗壓作用。比如，在一棟高層大廈中，整體可采用復式框架，依據框架在其中建造框架剪力墻。同時，在局部上，在建筑底部和地下室采用整體剪力墻，構造穩定的下部結構，增強底部的穩定性，為建筑提供良好的底部支撐。然后，在建筑的背面采用小開口剪力墻，在保證承重的同時，實現小范圍靈活的建筑功能。如果大廈底部是沿街商鋪，則可以采用框支墻結構，同時是注意與建筑的整體框架和剪力墻分布達成統一，以此增加剪力墻的功能設置。

在建筑高層區域，不宜采用過多的特殊設計，通常是沿用大廈整體的框架剪力墻設計，頂部做收束處理，保證建筑的整體性和高層區域的安全性和穩定性。同時，很多高層建筑的中層會有重力平衡裝置，在框架和剪力墻設計中要與建筑的平衡裝置相協調適應。同時建筑外層的外墻設置和可能存在的玻璃覆蓋設計，也要考慮到框架剪力墻的承重能力和特殊載荷。

5 結語

框架剪力墻綜合了框架和剪力墻兩種體系，具有很強的抗側力能力。在高層建筑中框架剪力墻作為建筑抗震的關鍵結構，能夠很有效地在地震時減少樓層間的水平位移，保障建筑物的安全。作為高層建筑物的首選結構，框架剪力墻有諸多設計原則，需要設計者和施工人員進行合理而精確的設計，最大限度地提升框架剪力墻的作用，保障建筑物的質量和安全性。

參考文獻：

[1] 魏秀瑛，張同文.高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計[J] .城市建筑，2019 （12）：86～87.

[2] 趙琨.高層民用建筑剪力墻結構設計探討[J].住宅與房地產，2018（6）：65.