高層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)建筑外觀的要求也越來越高，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)體系，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是最經(jīng)濟(jì)合理的，但是在現(xiàn)實(shí)的生活中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較多問題，這些問題會(huì)直接導(dǎo)致該高層建筑在進(jìn)行建設(shè)時(shí)存在質(zhì)量問題，因此必須采取相應(yīng)措施改善框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，提高高層建筑的整體施工質(zhì)量。

1 高層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

剪力墻又稱抗風(fēng)墻或隔震墻，主要作用是在房屋建筑中承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載，防止結(jié)構(gòu)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(xiàn)澆鋼筋混凝土筑成。框架結(jié)構(gòu)由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成，構(gòu)成承重體系結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷載和豎向荷載，結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)和分隔作用。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，由框架和剪力墻兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成的受力形式。其通過樓板協(xié)調(diào)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(gè)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，剪力墻結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

對(duì)比框架與剪力墻結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，將框架與剪力墻結(jié)合起來，取長補(bǔ)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(jié)構(gòu)體系。在這種結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻是協(xié)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(shè)計(jì)中，該結(jié)構(gòu)具有較好的延性和耗能能力，剪力墻作為結(jié)構(gòu)第一道防線，框架作為第二道防線，是一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。

2 高層框架-剪力墻設(shè)計(jì)

高層框架-剪力墻設(shè)計(jì)主要包括連梁設(shè)計(jì)、框架剪力墻的墻肢設(shè)計(jì)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化以及框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑放線測(cè)量技術(shù)。

2.1 連梁設(shè)計(jì)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(nèi)外荷載，還需要做好結(jié)構(gòu)體系在風(fēng)荷載以及地震作用下的耗能處理，確保抗震設(shè)計(jì)中連梁可作為結(jié)構(gòu)體系的首要防線。連梁對(duì)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方法如下：

（1）利用剛度折減系數(shù)對(duì)連梁彎矩以及剪力進(jìn)行綜合塑形調(diào)整，其中塑形調(diào)幅有兩種方法，一是可在內(nèi)力信息計(jì)算中將連梁剛度進(jìn)行折減，二是在內(nèi)力計(jì)算后將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。兩種方法都可以減小連梁的內(nèi)力以及配筋值，確保連梁彎矩設(shè)計(jì)值降低后，可增加其余部分的彎矩設(shè)計(jì)值，避免正常情況下地震發(fā)生后連梁出現(xiàn)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(duì)連梁的信息影響，以減小連梁的剪力。

（3）增加混凝土強(qiáng)度。提升混凝土強(qiáng)度等級(jí)后，其彈性模量會(huì)隨之增加，當(dāng)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(shí)，很有可能會(huì)使得連梁的受剪承載力超過限制，這樣便達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

（4）增加結(jié)構(gòu)剛度。為進(jìn)一步增加連梁的強(qiáng)度，需要根據(jù)實(shí)際情況做好連梁的截面寬度設(shè)計(jì)，增加整體結(jié)構(gòu)的剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(yīng)該直接支撐在連梁上，這樣可以避免連梁出現(xiàn)明顯縫隙。在樓面的連梁支撐過程中，其端點(diǎn)部位需要按照鉸接進(jìn)行處理。連梁結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 連梁結(jié)構(gòu)圖

2.2 框架剪力墻的墻肢設(shè)計(jì)

除了對(duì)框架-剪力墻的連梁進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，還需對(duì)墻肢進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谡麄€(gè)結(jié)構(gòu)中，墻肢也是很重要的支撐構(gòu)件，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)墻肢的厚度進(jìn)行控制。一般高層建筑的墻肢厚度不會(huì)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(dāng)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)建筑物高度增加時(shí)，墻肢的厚度也需進(jìn)行調(diào)整，并且在設(shè)計(jì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力墻要雙向布置，應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式，并使兩個(gè)方向的抗側(cè)剛度接近，即兩個(gè)方向的自振周期接近。

2.3 數(shù)據(jù)優(yōu)化

在設(shè)計(jì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，還需要對(duì)剪力墻中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，尤其是剪力墻的數(shù)量及厚度。對(duì)于高層住宅而言，底部的剪力墻的數(shù)量不能太多，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)減少上部剪力墻的數(shù)量，但是這樣設(shè)計(jì)會(huì)減弱結(jié)構(gòu)的抗震效果，因此在進(jìn)行整體布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保剪力墻的數(shù)量和厚度的合理性，只有將其數(shù)量控制在一定的范圍內(nèi)，才能保證結(jié)構(gòu)的抗震性。

3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑放線測(cè)量

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)施工前，需要對(duì)高層建筑施工進(jìn)行放線測(cè)量，這就需要以建筑設(shè)計(jì)圖紙為測(cè)量基礎(chǔ)，將施工現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落到實(shí)處，并利用先進(jìn)的放線測(cè)量?jī)x器對(duì)建筑工程開展放線測(cè)量作業(yè)。一般在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工放線測(cè)量過程中，測(cè)量?jī)x器常采用全站儀，在具體的放線過程中，測(cè)量人員需要對(duì)建筑工程的軸線控制網(wǎng)進(jìn)行控制，并要時(shí)刻根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)審核測(cè)量結(jié)果，保證框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑放線測(cè)量結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

近年來，高層建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮的作用越來越明顯，市場(chǎng)需求越來越大，對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)性能的要求也越來越高，這就要求設(shè)計(jì)人員正確分析框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性，科學(xué)合理地布置剪力墻位置，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足整個(gè)建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性要求，以及新時(shí)代對(duì)高層建筑的建設(shè)要求。