高层建筑框架—剪力墙结构设计实例应用探析

潘迎

【摘 要】文章结合笔者的工作经验，主要阐述了框架-剪力墙结构布置及结构计算分析，从中以某高层建筑为例，针对高层建筑框架-剪力墙结构设计要点进行了总结与分析，旨在为了不断提高高层建筑结构设计质量，以确保建筑结构的稳定和安全。

【关键词】高层建筑；框架-剪力墙结构；结构布置；结构计算；实例分析

近年来，钢筋混凝土框架结构由于具有较高的强度、良好的延性和较强的整体性，从而广泛用于地震设防地区，是最常用的结构形式。在工程设计中， 如何正确分析研究每一个工程的特点， 选用合理的方案，采用合理的结构形式，以及采用合理的计算依据，是每一位工程设计人员首要关注的重点问题。

1 框架剪力墙结构布置

（1）双向抗侧力体系和刚性连接。框架—剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件。结构在两个主轴方向均应市置剪力墙，并应设计为纵、横双向刚接框架体系，尽可能使两个方向抗侧力刚度接近，除个别节点外，不应采用铰接。如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，会造成两个主轴方向的抗侧刚度悬殊，无剪力墙的一个方向刚度不足且带有纯框架的性质，与有剪力墙的另一方向不协调，也容易造成结构整体扭转。主体结构构件间的连接刚性，目的是为了保证整体结构的几何不变和刚度的发挥。

（2）框架—剪力墙结构是通过刚性楼、屋盖的连接，将地震作用传递到剪力墙，保证结构在地震作用下的整体工作的。因此，剪力墙之间的距离不宜过大，否则，两墙之间的楼盖会不能满足平面内刚性的要求，造成处于该区间的框架不能与邻近的剪力墙协同工作而增加负担。为了保证楼、屋盖的刚性，剪力墙之间无大洞口的楼屋盖长宽比不宜超过规范要求。当两墙之间的楼盖开大洞时，该段楼盖的平面刚度更差，墙的间距应再适当缩小。

（3）楼板开洞处理。当建筑无可避免地采取楼板开洞时，则应尽可能避免在剪力墙两侧楼板全部开洞或开大洞，对剪力墙结构是如此，对框架—剪力墙结构更是如此。两侧楼板全部开洞的剪力墙，计算中可能认为它已发挥作用，但由于没有楼板的协同工作，水平力并不能有效地传递至此片剪力墙土，实际受力完全不是那回事，造成其他墙肢和框架柱实际受力比计算值大。

2 结构计算分析

框架剪力墙结构的计算应考虑框架与剪力墙两种不同结构的不同受力特点，按两者变形协调工作特点进行结构分析。即使是很规则的结构，也不应将结构切榀，简单地按二维平面结构（平面框架和壁式框架）进行计算。不应将楼层剪力按某种比例在框架与剪力墙之间分配。框架剪力墙结构是复杂的三维空间受力体系，计算分析时应根据结构实际情况，选取较能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。对于平面和立面布置简单规则的框架—剪力墙结构，宜采用空间分析模型，可采用平面框架空间协同模型，对布置复杂的框架—剪力墙结构，应采用空间分析模型。

3 实例分析

某商业办公楼，地下2层，地上建筑由 A、B、C三栋高层塔楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房。其中C塔楼为19 层，高度为58.6m，与两层裙楼通过伸缩缝相连；A、B塔楼为 18 层，两栋塔楼顶部两层相连，高度为64.4m，本工程 A、B 塔楼采用框架-剪力墙连体结构，底部局部大空间转换剪力墙结构，转换层在第3层顶面。

3.1 基础及地下室设计

本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用￠700和￠800两种，主楼部分采用￠800 的桩，其它部分为￠700的。桩基持力层为 8～2层圆砾层，桩进入持力层2.5～6.4m，有效桩长为48.1～56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。

3.2 结构选型及结构布置

由于建筑平面较狭长复杂，因此连体结构两边的塔楼采用基本一致的体形、平面和刚度，可以一定程度上减小复杂的耦联振动。最初的建筑方案在两塔楼间的平面呈喇叭形，柱距北面小为16.8m，南面大为29.4m。连接体结构拟采用最下一层的钢骨混凝土梁作为转换结构来支承整个连接体，这样试算下来钢骨混凝土梁的最大断面达到900×3000，给施工带来很大的难度.经过安全性、经济性和可行性的综合分析比较，最后决定在某两轴之间各增加两个柱子，使连接体的柱距相同，均为16.8m。连接体结构与主体结构采用刚性连接，连体部分连接主梁为每层设500×1800混凝土梁，保证连接部分的刚度，将主体结构连接为整体协调受力、变形、由于主梁较高，连接体每层层高为主塔楼两层的高度，以满足建筑空间的需要。

连体结构因振型丰富，且平动与扭转振型多耦合在一起，因此采用平扭耦联方法计算结构的扭转效应，且考虑双向地震的影响；连体部位复杂，对连体部分采用弹性楼盖进行计算考虑到连体结构的两塔楼体型相似且间距较近，因此风荷载取值时考虑建筑物相互间的影响，将体形系数乘以相互干扰增大系数，并对连接体最下一层的楼板考虑了向下的风吸力影响振型分解反应谱法计算结果见表1，计算结果表明自振周期在合理范围内，结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比为0.85，基本满足规范要求 地震力作用下的楼层最大层间位移1/1791（Y+5%偶然偏心） 和顶点位移1/2048均小于1/800，亦满足规范要求。

表1 考虑扭转耦联时结构周期及振型

振型号 周 期 转 角 平动系数（X+Y） 扭转系数

1 1.6536 172.88 0.86（0.85+0.01） 0.14

2 1.5765 89.97 0.91（0.00+0.91） 0.09

3 1.4122 34.37 0.23（0.15+0.0 ） 0.77

4 0.4260 173.34 0.99（0.98+0.01） 0.01

5 0.3831 85.80 0.69（0.01+0.68） 0.31

6 0.3618 77.04 0.34（0.03+0.3） 0.66

7 0.2197 176.20 0.98（0.98+0.00） 0.02

8 0.1818 70.75 0.26（0.06+0.20） 0.74

9 0.1761 88.58 0.81（0.02+0.80） 0.19

3.3 連接体结构设计

由于两塔楼在52m高空相连，如何保证施工的安全成为一个难点。为此施工时需要在48m高处搭建一个钢结构的临时施工平台。由于连接体的梁板自重较大，为了降低钢平台的造价及保证施工的安全简便，施工单位提出了混凝土分阶段浇捣的施工方案，即先浇梁，待其混凝土强度达到100%后再浇板，这样钢平台只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁来承担。

为配合上述施工方案，我们对连接体的设计进行了调整，分别按施工顺序计算了混凝土浇捣的两个阶段的内力以及下层连接体梁板作为上一层连接体的施工平台所承受的施工荷载，并按最不利的工况进行配筋设计。计算结果显示，部分梁的配筋恰恰是由施工阶段控制的。

4 结束语

综上所述，本文结合工程实例针对高层建筑框架-剪力墙结构设计进行了研究，从中可以得知，对于高层建筑的结构体系，结构的合理布置更重要。对于连体结构，尽量使连体结构各独立部分的体型、平面和刚度相近，能有效避免连体结构复杂的耦联振动，同时对此类结构的转换层及连体部位要采取相应的抗震措施。

【参考文献】

[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业，2011（16）.

[2]陈友.探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题及对策[J].城市建筑，2012（87）.