对高层建筑框架剪力墙结构设计中一些问题的思索

何荣辉

（广东省建筑设计研究院　广东　广州　510010）

对高层建筑框架剪力墙结构设计中一些问题的思索

何荣辉

（广东省建筑设计研究院广东广州510010）

框架剪力墙结构亦被称为框剪结构，它广泛应用于竖向布置繁杂或平面、水平荷载较大的高层建筑。本文主要结合工程案例对建筑结构设计当中的框架剪力墙设计的一些问题进行研究，希望有效地提升高层框架剪力墙结构的设计效果。

高层建筑；框架剪力墙；结构设计；问题

1　引言

随着建筑行业的高速发展，为了确保建筑物的安全性，高层楼已经开始运用剪力墙结构，剪力墙重要的作用就是承受地震，框架剪力墙结构由于兼备框架和剪力墙的特征，不仅具有大的承载力，还能吸收部分地震中的能量。剪力墙主要是由墙肢和连梁等构件构成的，剪力墙结构具有非常大的承载力以及结构刚度、非常小的侧移变形、非常强的抵抗水平侧移能力等一些特点。剪力墙结构被广泛应用于现代建筑。在国内一些住宅建筑，以满足不同的功能，它采用了小开间的结构，因为在隔壁的房间与卧室隔开，所以不仅可以通过剪切承重结构的墙壁和分区壁成一体，并能达到一定的经济性和实用性。为了保障更多的建筑物建设中的结构安全和建设成功后的正常使用，我们必须对建筑物的结构抗震性能进行加强。对剪力墙设计进行研究的时候，必须要懂得剪力墙的概念，就是指在建筑设计中主要用来承受风荷载或者地震作用引起的水平荷载的墙体（如图1所示）。运用剪力墙结构是一个非常关键的环节，因为剪力墙结构有着非常多的优点，在建筑结构设计当中，可以很好地提升建筑物的抗震性能。

框架剪力墙结构侧向位移很小，因而在结构设计的过程中，需要充分考虑整体的变形协调性。由于框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两种不同结构组成的，而框架和剪力墙两种结构的抗侧力是不同的。在框架剪力墙结构体系中，侧移曲线呈弯剪型，由于框架、剪力墙的协同受力，在结构的底部框架及结构的上部剪力墙的侧移减小，因此侧移曲线兼有这两种结构的特点。弯剪型变形曲线的层间变形沿建筑高度比较均匀，减小了框架和剪力墙的层间变形。

图1　几种常见的剪力墙

2　高层建筑框架剪力墙结构设计的一些问题

在进行高层建筑结构的设计过程中，采用剪力墙结构对高层建筑的抗震性能有显著的提升效果，但是框架剪力墙结构在使用过程中仍然存在着许多技术问题，为了更好的发挥框架剪力墙结构在结构抗震体系中的优势，设计施工过程中必须注意结构体系之间的联系，可以在剪力墙的周围增加梁柱结构，形成边框剪力墙以保证斜截面的承载能力，以抵抗剪力墙开裂后对梁柱施加的附加剪应力。

2.1剪力墙结构设计的计算方法

目前，在我国设计工作中开始引进先进的计算机技术，国内外已经开始运用剪力墙结构设计软件，但是计算机仍然需要经验丰富的设计人员来解决相关的问题。由于剪力墙呈现出脆性，无法满足抗震的具体要求。因此，在剪力墙结构设计过程中，要进行精确的计算，但是专业的结构计算软件不多，所以设计人员应该充分地结合现代设计和计算的工具，而且一定要把自身的工作经验结合起来，这样就可以提高结构设计工作的效率及其质量。在对剪力墙结构设计进行优化的过程当中，既要考虑计算的结果，还应该结合试验不断地对处理设计的方案进行优化，这样可以确保计算结构的可靠性。例如：在剪力墙的边缘构造设计过程中，在经过计算以及分析之后，可以得出通过增加墙肢截面两端的翼缘可以使得墙肢的延性得以提高。

2.2框架剪力墙的变形协调

2.3建筑整体结构的性能

框架剪力墙结构是一种被广泛应用于我国实际建筑工程中的结构体系，其抗震的性能兼顾了框架结构和剪力墙的抗震优点。这一性能的准则是“投资-效益”，即根据不同的建筑物的设防标准的不同，在分析结构抗震性能的基础上，将其划分不同的等级。这一设计理念中，合理的抗震性能目标和结构措施是必须的设计要求。投资-效益相结合的准则使得结构设计方案得到了很大程度上的优化，能够更好的实现目标。在剪力墙结构设计当中，必须了解结构受力的情况，这样可以很好地避免在地震或者是其他的自然灾害时候出现的受力不均匀的情况，这样可以很好地控制灾害。以往的承载力抗震设计方法往往存在这样的不足：该方法对于结构在弹塑性阶段的工作情况不能进行准确的描述，同时也无法控制结构在震害作用下的破坏程度，使得结构处于一种被动的抗震情形之下。在设计剪力墙结构的时候，必须注重结构最薄弱的地位，这样就很好地防止结构局部能力减弱。与此同时，要结合工作人员的工作经验以及相关的技术参数，并且要对薄弱的部分进行准确的分析，这样做便于找到相应的技术措施，从而可以使得结构的总体抗震能力得到提高，更合理的实现性能抗震设计。

2.4框架剪力墙结构在水平地震作用

剪力墙结构最主要的作用就是防震，进而可以在发生地震的时候，剪力墙结构的抗压作用得到了减少。框架结构的灵活布置也提供了很大的建筑空间，剪力墙的延展性和抗侧力也得到了充分的发挥。对于刚度特征这样一个同时与框架的刚度和剪力墙的刚度有关的参数，其值的大小严重影响着框架剪力墙结构的变形和受力等。如果结构具有较好的刚度退化系数和适当的层间位移转角，那么框架剪力墙结构的弹塑性能就能被更好的表现出来。

2.5基础方案与承重构件设计

在对剪力墙结构基础方案进行设计的时候，对于设计人员而言，必须到现场去考察，结合水文地质条件以及工程项目地址，应该进行合理的规划，尤其是那些可能出现安全以及质量问题的地方，一定要及时地进行处理，这样基础方案就可以很好地发挥其作用。与此同时设计人员要充分结合自己的工作经验来修订以及整改基础方案，确保剪力墙结构基础方案能够符合国家的相关规定，最终促使高层建筑施工得以顺利完工。

3　剪力墙在建筑设计中的应用

3.1工程概况

广州市某工程，负责改建工程东一区3#、4#塔式住宅楼，标准层层高为2.7m，出屋面水箱间及电梯机房，层高分别为2.2m及3.6m，这个建筑的室内外的高度之差达到0.3m，标准层层高为4.5m，建筑的总体高度是98.90m。显然属于A级高层建筑物（根据《高层建筑混凝土结构技术规程》）。风荷载取值为0.30kN/m2，风荷载计算一般都按照基本风压的1.1倍采用。该建筑物的特点是：该建筑的楼板有部分不连续的现象出现在主要的楼板中间，可能发生突变的竖向立面尺寸和平面不规则性，例如平面叠合面积小于较小边25%等以及竖向不规则性（2）按50年设计基准期、超越概率63%的多遇地震作用（俗称小震），采用的办法分别为SATWE、ETABS用振型分解反应谱法进行线弹性分析。建筑物的构件断面尺寸和配筋必须根据“抗规”和“高规”规定的荷载组合来进行估算。

3.2剪力墙部分的布置

这个工程具有非常大的抗侧力刚度，而刚度要取决于楼层上板的连接、洞口的大小、连梁的形式、墙体的分布等很多因素。剪力墙沿着高度方向变截面，这样就使刚度可以均匀地发生变化，上层和下层的剪力墙轴线重合，这样就使得应力传递变得非常合理。充分发挥剪力墙效率最好的方法就是应该把剪力墙进行集中布置，并且形成一核心筒。要使用软件准确地把核心筒的刚度计算出来。该工程多次进行调整以后，使平面以及竖向布置非常理想，其主要的技术指标如下：①荷载形心的坐标是x=17，Y= 16.60；②标准层的形心坐标为X=16.65，Y=16.65；③总重量为434168kN。荷载的中心和平面的中心基本可以重合，平面的形状非常规则，而且构件布置非常均匀；两个形心之间的距离是e/l= 1.6%，e=0.45。

4　结束语

综上所述，剪力墙结构设计在建筑结构设计是一项非常重要的工作，做好这一项工作对于提升人们的生活水平具有重要意义。关于框架剪力墙结构等抗震设计国内外专家和学者已经进行了大量研究，其成果在工程结构设计中也得到了应用。在建筑结构剪力墙结构设计的时候，必须把每一个方面的影响因素以及相关的制约条件考虑到，与此同时要充分结合结构抗侧刚度大以及外观简洁等优点来进行，最终降低了工程造价，从而促进高层建筑结构设计工作的不断优化。

[1]蒋耀勤.建筑结构设计内剪力墙结构的运用分析[J].江西建材，2015（01）：11～12.

[2]黄长城，方林，金国芳.某不规则钢框架结构房屋抗震性能分析研究.结构工程师，2015（01）：17～18.

[3]何认雄.关于高层建筑结构设计相关问题的探讨[J].江西建材，2015（01）：21～23.

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2015-1-20