高層框架-剪力墻結構設計

唐招凈，呂元星

河北寰球工程有限公司，河北 保定 072754

隨著科學技術的進步，人們對建筑外觀的要求也越來越高，對于高層建筑結構體系，框架-剪力墻結構是最經濟合理的，但是在現實的生活中，框架-剪力墻結構設計存在較多問題，這些問題會直接導致該高層建筑在進行建設時存在質量問題，因此必須采取相應措施改善框架-剪力墻結構設計中的問題，提高高層建筑的整體施工質量。

1 高層框架-剪力墻結構受力特點

剪力墻又稱抗風墻或隔震墻，主要作用是在房屋建筑中承受風荷載或地震作用引起的水平荷載，防止結構剪切破壞，可分為平面剪力墻和立體剪力墻，一般用鋼筋混凝土和現澆鋼筋混凝土筑成。框架結構由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構成承重體系結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載，結構的房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用。框架-剪力墻結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，由框架和剪力墻兩種不同的抗側力結構組成的受力形式。其通過樓板協調變形共同抵抗豎向荷載及水平荷載，框架與剪力墻相互作用，使整個框架-剪力墻結構更加穩固，剪力墻結構體系如圖1所示。

圖1 剪力墻結構體系

對比框架與剪力墻結構，框架結構雖然布置比較靈活，可以形成較大的空間，但抵抗水平荷載的能力較差；剪力墻雖然整體性能較好，但不能提供大空間結構，將框架與剪力墻結合起來，取長補短，可以在某框架柱間布置剪力墻，形成承載能力較大、建筑布置又較靈活的結構體系。在這種結構中，框架和剪力墻是協同工作的，框架主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。在抗震設計中，該結構具有較好的延性和耗能能力，剪力墻作為結構第一道防線，框架作為第二道防線，是一種比較理想的結構形式。

2 高層框架-剪力墻設計

高層框架-剪力墻設計主要包括連梁設計、框架剪力墻的墻肢設計、框架剪力墻結構設計優化以及框架剪力墻結構建筑放線測量技術。

2.1 連梁設計

在進行結構設計時，要特別注意連梁超限問題，需控制連梁的跨高比，一般將連梁的跨高比值控制在2.5～5，除了要確保連梁能夠承受自身的內外荷載，還需要做好結構體系在風荷載以及地震作用下的耗能處理，確保抗震設計中連梁可作為結構體系的首要防線。連梁對結構的抗震性能以及建筑物的正常使用具有重大影響，連梁的具體設計方法如下：

（1）利用剛度折減系數對連梁彎矩以及剪力進行綜合塑形調整，其中塑形調幅有兩種方法，一是可在內力信息計算中將連梁剛度進行折減，二是在內力計算后將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數。兩種方法都可以減小連梁的內力以及配筋值，確保連梁彎矩設計值降低后，可增加其余部分的彎矩設計值，避免正常情況下地震發生后連梁出現裂縫。

（2）增加洞口寬度，降低連梁高度。該方法是為了減小連梁的剛度，降低地震作用對連梁的信息影響，以減小連梁的剪力。

（3）增加混凝土強度。提升混凝土強度等級后，其彈性模量會隨之增加，當彈性模量的比例小于混凝土所承受的剪力承載力提升比例時，很有可能會使得連梁的受剪承載力超過限制，這樣便達不到預期的設計效果。

（4）增加結構剛度。為進一步增加連梁的強度，需要根據實際情況做好連梁的截面寬度設計，增加整體結構的剛度，增強結構的安全性和穩定性，使得連梁的受剪承載力和梁寬值成正比，以滿足連梁的結構剛度以及承載力。為盡可能地避免連梁不抵抗平面外的彎矩，樓面的主梁不應該直接支撐在連梁上，這樣可以避免連梁出現明顯縫隙。在樓面的連梁支撐過程中，其端點部位需要按照鉸接進行處理。連梁結構圖如圖2所示。

圖2 連梁結構圖

2.2 框架剪力墻的墻肢設計

除了對框架-剪力墻的連梁進行合理設計，還需對墻肢進行合理設計，因為在整個結構中，墻肢也是很重要的支撐構件，在具體設計時，需要對墻肢的厚度進行控制。一般高層建筑的墻肢厚度不會超過200mm，但是如果高層建筑有特殊要求，墻肢的厚度可以適當進行調整。當建筑物高度增加時，墻肢的厚度也需進行調整，并且在設計框架-剪力墻結構時，剪力墻要雙向布置，應避免僅單向有墻的結構布置形式，并使兩個方向的抗側剛度接近，即兩個方向的自振周期接近。

2.3 數據優化

在設計框架-剪力墻結構時，還需要對剪力墻中的各種數據進行優化，尤其是剪力墻的數量及厚度。對于高層住宅而言，底部的剪力墻的數量不能太多，在具體設計時，會減少上部剪力墻的數量，但是這樣設計會減弱結構的抗震效果，因此在進行整體布局設計時，需要確保剪力墻的數量和厚度的合理性，只有將其數量控制在一定的范圍內，才能保證結構的抗震性。

3 框架-剪力墻結構建筑放線測量

在框架-剪力墻結構施工前，需要對高層建筑施工進行放線測量，這就需要以建筑設計圖紙為測量基礎，將施工現場的有關標準落到實處，并利用先進的放線測量儀器對建筑工程開展放線測量作業。一般在框架-剪力墻結構建筑施工放線測量過程中，測量儀器常采用全站儀，在具體的放線過程中，測量人員需要對建筑工程的軸線控制網進行控制，并要時刻根據施工現場的實際情況進行調整，反復審核測量結果，保證框架-剪力墻結構建筑放線測量結構的準確性。

4 結束語

近年來，高層建筑中，框架-剪力墻結構發揮的作用越來越明顯，市場需求越來越大，對框架-剪力墻結構性能的要求也越來越高，這就要求設計人員正確分析框架-剪力墻結構的受力特性，科學合理地布置剪力墻位置，以實現預期的設計目標，滿足整個建筑項目的經濟性、實用性要求，以及新時代對高層建筑的建設要求。