关于高层框剪结构特点问题探讨

王雪峰

摘要：在现代社会，越来越多的建筑开始向高处发展，高层建筑不断刷新高度。在高层建筑中，高层建筑设计普遍采用的是高层框剪结构形式。这种结构形式通过在高层框 架中设定相当数量的剪力墙，用以实现高层建筑灵活自由空间的建立，以此来实现具有不同功能的建筑的需求。但是，高层框剪结构建筑工程受到多重因素的影响和制约，高层框剪结构建筑的施工质量控制必须综合考虑多方面的因素，具体问题具体分析。本文将在分析高层框剪结构特点的基础上，分析高层框剪结構建筑的影响 因素，着重探讨高层框剪结构建筑的施工质量控制措施。

关键词：高层框剪结构；设计问题

前言

高层框剪结构是高层框架——剪力墙结构的简称；这样的结构体系由框架结构和剪力墙结构体系共同来组成。这样的结构不仅能够提供比较大的平面空间给建筑来使用，同时期抗抗侧力刚度也比较大，在多种使用功能的高层办公、饭店、公寓、住宅、实验楼和病房楼等建筑中被广泛的运用。在设计高层框剪结构通常会忽略掉很多的问题，比如说没有详细的考虑结构方案，设计出来的施工图相对粗放，造成浪费和不合理。因此本文对看高层框剪结构的设计展开分析。

1、工程概况

本工程为某高层住宅工程，结构类型采取框剪结构，建筑层数为 28层，建筑面积为45368m平方。施工工期从2013年12月1日至2014年8月29日。工程采用桩基础工程，预应力混凝土管桩为C80，单桩承载力分别为 1850、1350kN。工程所采用的楼板厚100～150mm，构件所采用的混凝土设计强度等级为C25～C45。

2高层框剪结构的受力和变形特点

2.1高层框剪结构受力的特征

框架结构是由梁柱线性杆件组成的一种结构，在侧向力作用下，框架的受力特点相当于竖向悬臂梁，其变形呈剪切型变形，故其水平力按照各框架的抗侧刚度呈D比例分配。剪力墙类相当于一个竖向悬臂弯曲结构，在剪力墙结构中的变形是弯曲形的变形，所有抗侧力构件均有很大的抗弯曲刚度，其侧移变形都是类似的。

高层框剪结构由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成，在相同的结构单元中，两者是通过水平面内刚度无限大的楼板连接在一起的，因而在同一楼层产生的位移相等。由于框架与剪力墙协同工作，在水平力作用下，框剪结构下部楼层因剪力墙小，因而使剪力墙承担了大部分剪力；相反，在上部楼层剪力墙位移越来越大，而框架的变形反而越来越小，所以框架除了负担水平作用下的那部分剪力之外还负担拉回剪力墙变形的附加剪力。因此在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，框架承担的剪力也是不容忽视的。

2.2高层框剪结构体系的变形特点

在水平力作用下，框剪结构体系的侧向位移与其刚度特征值λ有关。

Cf=框架总剪力刚度Cf=∑D·H；EIW———剪力墙的弯曲刚度。当λ≥6时，也就是说框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值较大时，或者说框剪结构的剪力墙数量很少时，其侧向位移呈现剪切变形。当λ=1-6时，侧向位移曲线介于弯曲与剪切变形之间，随着λ值的增大，剪力墙抗弯曲刚度与框架的总剪力刚度比相对薄弱，即框架承担的荷载相对增加，体系的变形曲线就接近总框架变形曲线。当λ≤1时，也就是说框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值较小时，或者说或者说框剪结构的剪力墙数量很大时，其侧向位移呈现弯曲变形。

3合理布置高层框剪结构中的剪力墙

3.1布置剪力墙的位置

布置剪力墙的位置应符合以下要求：

横向剪力墙宜尽量均匀对称设置在建筑物端部附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处和竖向荷载较大的地方。纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。剪力墙的间距不宜过大。

3.2布置剪力墙的数量

在满足规范规定的位移限值条件下，剪力墙数量应尽量减少，但也不能过于小，并能充分发挥框架承担0.2Vo楼层总剪力的作用，这样结构的地震反应相对小，且做到经济合理；在这样确定了剪力墙数量之后，还应验算结构的自振周期T，结构的自振周期避开场地的卓越周期，通常情况下一般能过满足，但这一点是不可以忽视的一个问题。

3.3框剪结构的结构布置

3.3.1平面布置

建筑抗震性能的关键是建筑的总体性布置，设计的建筑各结构单元平面形状要尽量简单，避免立面体型太大范围的伸出或收进，均匀对称的布置整体结构。布置平面时要尽可能的把荷载合力中心跟刚度中心重合起来，或者是尽可能的互相靠近，避免出现显著的扭转；每片墙肢长度不应过长，在同刚度情况下多布置一些墙片，使得受力分散；在实践过程中，控制单肢墙片的长度控制在6米之内，采用开施工计算洞口的措施对过长的墙肢或刚度大的剪力墙化小单元，连结连梁把延性提升，在计算中其效果也比较好；在设计中剪力墙的间距时，要满足规范的限值，这样才可以避免楼板在自身平面内出现太大的变形过；为了提高结构单元抗扭转的能力，剪力墙尽量靠周边设置，这一点通常比较容易做到。

3.3.2竖向布置

竖向布置高层结构的时候侧向刚度要非常均匀，沿高度结构，从下往上慢慢降低构件的截面，避免突变；我国相关的标准有明确的规定相邻楼层刚度变化不能大于百分之三十，慢慢的降低了连续三层刚度之后，前刚度降低要不能低于百分之五十。在框剪设计中要重视这些措施，如果在设计过程中，要求顶层的抽墙和柱形成大空间，处理时要非常慎重，采取相应的加强措施。

3.3.3布置填充墙

在布置平面和竖向时，不能无视总体性方面，填充墙刚度对框剪结构的影响。要均匀和对称的来布置；而且采用轻质新型材料运用到高层框剪结构中，这样的话可以吧建筑物的自重降低，同时还能把总体性刚度的影响降低。

4高层框剪结构应用中应注意的问题

在设计抗震性能时，通过框剪结构框架需要承担的一部分总倾覆力矩来测定建筑的抗震级别，使用的高度，如果框架承担部分倾覆力矩是完全性的，那么框剪结构的抗震级别，使用的高度都符合了要求，如果框架部分承担倾覆力矩为零，那么就需要加强框剪结构的抗震级别，使用的高度等设计。

运用概念设计的理念来进行设计，加强薄弱环节部分的设计。因为由于剪力墙抗侧力的主要构件需要承担的水平剪力很大，所以在设计剪力墙时要符合最基本的构造标准，要具有最低限度的强度和延性。对嵌固层的位置要按照地下室结构刚度的情况来进行确定，而且还要对地下一层与首层的刚度差别进行关注，具有不确定性，所以不能对上部结构的嵌固位置进行简单地正负零选定。嵌固的其楼板刚度也要符合标准，而且楼板的厚度要大。

连梁剪跨比要超过1.0，如果剪跨比太小，通过水平缝把连梁分隔成两根等高连梁；在实际的的设计过程中，要考虑梁端抗弯配筋量，和钢筋的超强效应等，通过综合的设计使得连梁的受弯承载力比受剪承载力小。框架梁和箍筋满足了框剪结构的基本要求之后，围护结构和隔墙墙体材料要选用轻质的材料。

本工程鉴于属于高层建筑而且工程量较大，对施工现场的安全管理措施尤其看重。因此，本工程专门建立健全组织机构并配备合格安全员，制定各项安全管理措施。施工人员进入现场时必须三级安全教育，教育率达到100%。电工、电气焊工、架子工等特种作业人员必须经过专业培训，取得合格证书后方允许操作。脚手架在搭设、使用和拆除过程中的安全措施详见《脚手架搭拆施工方案》。

5结束语

总之，高层框剪结构具有相应的结构优势，但是还是存在一些设计上的问题，因此在进行结构设计的时候要整体的进行布置，计算后在整体考虑概念中调整修改，不惜调整多次，最终得以很好地完成该类结构的设计计算工作。

参考文献：

[1]李美龄.基于弹塑性分析方法的高层框剪结构剪力分配研究，安徽建筑工业学院，2012，9（36）：91-93.