实例分析高层建筑框架剪力墙结构设计

2016-12-17班县委

环球市场 2016年18期

关键词：剪力剪力墙间距

班县委

上海华东建设发展设计有限公司

实例分析高层建筑框架剪力墙结构设计

班县委

上海华东建设发展设计有限公司

本文结合框架剪力墙结构的变形及受力特点，对其设计中应注意的要点进行分析和探讨，以供参考。

高层建筑；框架剪力墙；结构设计

前言

目前在建筑工程中，尤其是现代高层商业、办公以及住宅建筑中，框架- 剪力墙结构形式的应用十分普遍。该结构形式能够为建筑平面提供较大的使用空间，同时借助剪力墙形式来提高建筑物的抗剪以及抗横向弯矩的能力，因此探究高层建筑中框架- 剪力墙结构设计极为必要。

1 框架剪力墙结构的变形及受力特点

框架剪力墙建筑结构，主要是通过平面内部无限大刚度的楼盖将框架和剪力墙连接在一起，促使其形成一个网络结构，以便于能够共同承担水平方向的侧应力，不再单独承受各种弯曲变形或者是剪切变形所带来的影响。通常来说，框架- 剪力墙在同一楼层中的位移基本上是相同的。因此框架- 剪力墙结构在水平面内的位移表现为介于框架与剪力墙间的形态，为反S 型的曲线，也就是弯剪型。因此对于框架剪力墙结构而言，剪力墙在下部的层面中形变较小，基本上承担了大约80%及以上的水平向剪力，而在高层建筑的上部，框架结构的形变则相对较小，能够辅助剪力墙共同受力，以便于抵抗剪力墙的外拉时的形变，确保其能够承受更大的水平剪切力。可以说，框架- 剪力墙结构融合了框架结构和剪力墙结构的共同优势，能够有效协调水平形变，并实现降低结构性形变的目标，有力的增加了结构的侧向刚度，提升了整个建筑物的抗震性能，尤其适用于高层建筑的结构设计中。

2 工程概况

某商贸中心3# 楼是以办公楼、商业楼为一体的商贸中心项目。本工程为地下一层、地上二十七层的一类高层办公综合楼，3# 楼工程总建筑面积54687.93m2，采用框架剪力墙结构。其中地上总建筑面积(计容)49568m2，建筑占地面积2110.83m2，建筑总高度97.2m。地下室一层为车库及设备用房，一层为商业及办公门厅和消防控制室，二层及二层以上为办公区域。

2.1 框架剪力墙结构分析

在该工程中框架在水平荷载作用下的变形曲线呈剪切型，其水平侧移量与受到的剪力有关，越往下受到的剪力累加值越大，因此下部的侧移量比上部要大。剪力墙变形曲线呈现弯曲型的特点，此时剪力墙类似于悬臂受弯构件，并且其水平侧移量主要与所受的弯矩大小有关，其侧移量与框架相反，是上部的侧移量比下部要大，顶点水平位移值与高度是四次方关系：

式中H-总高度；EI-弯曲刚度

框架剪力墙力墙结构中，刚性楼板把其中的框架部分和剪力墙部分联系起来，使之协同工作，共同承担水平荷载作用，变形一致，把框架的剪切型变形特征与剪力墙的弯曲型变形特征组成一种弯剪型变形结构。在水平荷载作用下，这种变形协调可以让框架和剪力墙之间产生相互的作用力。框架剪力墙的楼层剪力分配是随着高度的变化而变化。在建筑下部，由于剪力墙产生的位移小，这样就限制约束了框架的变形，因此剪力墙承受了大部分剪力作用，两者之间产生压力，因此框架的侧移减小。在建筑上部，框架的侧移量逐渐变小，剪力墙的侧移量却逐渐变大，因此框架限制了剪力墙的变形，两者产生拉力，并且框架还要承受剪力墙变形产生的附加剪力作用。从上可以看出，框架剪力墙下部分产生的变形比框架结构要小，并且上部比剪力墙结构要小，结构各处变形趋势比较均匀。通过以上分析可以看出框架剪力墙结构的应用有着明显的优势，同时为了让这一优势得到充分的发挥，就必须要合理布置框架与剪力墙，确保两者能够协同工作。

2.2 结构布置及初选截面尺寸

(1)混凝土强度等级的选用：梁、板-1～4 层、屋面及出屋面构件为C30，其余各层均为C25；墙、柱的-l～3 层为C45，4～8 层为C40，9～15 层为C35，16～22 层为C30，23 层以上为C25。按照建筑设计确定的轴线尺寸和结构布置的原则进行结构布置。剪力墙除在电梯井及楼梯间布置外，在3-4 轴、3-15 轴、3-F 轴、3-G 轴、3-L轴各设一道墙。

(2)柱截面尺寸：柱截面尺寸应依据轴压比限值来确定，同时结合结构类型、建筑高度等因素，最终本次工程选用矩形柱截面，框架剪力墙的抗震等级均为三级。

(3)为了避免刚度突变问题的出现，剪力墙开洞时洞口要上下对齐。

2.3 剪力墙的最大间距

剪力墙之间间距不宜过大，以防止楼板变形过大。剪力墙之间如果无大洞口的楼面的话，则剪力墙的最大间距、建筑物总宽度之间的比值应该满足相关要求。如果剪力墙之间有大洞口，其长宽比还要比表中的要相应减小。并且一般来说，现浇板中最大间距和建筑物总宽度的比值不应大于4；对于装配整体来说，最大间距与建筑物总宽度的比值应控制在2.5 以下。本次工程设计中，两者的比值设计在1～2 之间。

2.4 剪力墙的构造要求

概括来说，边框剪力墙构造应满足以下要求：

(1)周边应设暗梁：一方面边框在约束墙肢的混凝土方面有着重要作用，能够有效地提高构建承载力以及墙体延性；另一方面若框架梁和剪力墙相重合，可选保留，也可选择不保留，但在不能保留时需要设暗梁。

(2)墙厚：抗震等级为一、二级的剪力墙，其底部加强部位的墙厚应大于200mm 以及1/6 层高；非抗震设计时墙厚要大于160mm 以及1/20 层高。

(3)剪力墙数量的确定，应以框架抗侧移能力为前提，在确定框架梁、柱截面尺寸后，根据层间弹性位移角限值来计算。初步设计结算，剪力墙数量可按照以下公式来估算：剪力墙数量=(建筑底层剪力墙截面面积+ 全部柱截面面积)/ 楼面面积在数量设置时需要注意的是剪力墙并不是越多越多，并且为了发挥边框的抗侧力性能，以及确保框架剪力墙设计的经济合理，剪力墙也不能无限增加。

(4)若框架梁和剪力墙合为一体，既可以保留框架梁，也可以设计为界面高度为2 倍墙厚，宽度和墙厚相同的暗梁。纵向钢筋除按最小配筋率计算外，还要满足纵向受力钢筋应配置在边柱截面内，边框柱箍筋间距既要满足加密区的设计要求，还要沿全高加密。

(5)框架剪力墙的布置原则主要有：剪力墙的间距不应过大，以保证楼盖具有足够的刚度；剪力墙的布置位置应选择在建筑物周边、电梯间及恒载较大的部位；为了形成明确的墙肢和连梁，剪力墙的门窗洞口要整齐、成列布置；为了避免剪力墙布置产生扭转现象，在平面布置时应尽量保障刚度中心和重力中心的靠近或吻合。