高层建筑框架剪力墙结构设计的探讨

王成伟

摘要：剪力墙框架结构比传统的框架结构在性能上更具优势，另外剪力墙框架结构的灵活性很好，可以为业主提供更多的装修和改造空间。本文概述了高层框架剪力墙结构的应用以及结构设计要点，以为设计人员提供一些可行的建议。

关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计

中图分类号：TU973.16文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-154-02

前言

高层建筑虽然在一定程度上缓解了住宅土地紧张的情况，但一旦出现问题，就会发生重大事件，高层住宅建筑的剪力墙结构体系的水平决定了建筑物的经济性能与安全性能，这就要求结构设计人员要根据相关要求和专业知识，优化高层结构体系。

1.框架剪力墙结构设计概述

高层建筑相比普通建筑，结构比较复杂，框架剪力墙结构有效结合框架结构与剪力墙结构的优点，使其在高层建筑中得到广泛应用。对于框架剪力墙结构优化设计，要同时考虑结构的受力，稳定性以及工程造价，这样才会使框架剪力墙结构的优化真正兼具经济性与使用性。高层建筑结构设计中要特别注意抵抗水平荷载的作用力，框架剪力墙结构中抵抗侧力的主要是剪力墙，所以剪力墙刚度对于结构的优化具有重要的意义，在高层建筑具体设计，施工中，一定要保证剪力墙的合理刚度。

2.高层建筑框架剪力墙设计应用

2.1连梁设计

第一，对于施工中使用的材料严格要求，尤其是混凝土。因为连梁的部分从设计到施工对于建筑的框架都有影响，因此要求建筑的框剪能力符合规定，只有框剪能力达到标准的时候，才能满足施工的要求。因此在提高建筑框架的框剪能力时，就要从建筑的材料出发。通过加强混凝土的等级，使其性能提高，从而保证连梁具有抗剪能力。因此不完善的设计会让混凝土在施工的时候有安全隐患，出现裂缝这样的问题，因此要在混凝土的设计环节，保证合理性。而建筑结构在后期施工的时候，也要对结构维护，并且要保证维护的效果。

第二，要控制连梁的高度，同时还要让洞口的宽度合理，对建筑连梁的设计主要就是设计剪力墙的洞口宽度，而且在设计的时候，要以连梁的强度以基准，提高结构设计的标准。不能忽视的是在对连梁设计的同时，也要控制连梁、洞口等相关的数据。一般来说，连梁和洞口的关系是反比例。当连梁的高度降低，其跨度就会增加。而建筑的抗震性，需要两者的共同合作。因此在保证建筑的抗震性上，要从连梁以及洞口的角度出发。

第三，要想保证建筑中出现的裂缝少，那么就要折减连梁的刚度。如果连梁被折减，那么连梁的刚度被分散，这样建筑的裂缝就减少。在折减连梁上要从设计阶段开始，然后计算连梁的刚度以及其他的参数等，同时还要知道涉及的技术问题。此外要对建筑的各个标准合理的设计，保证建筑中的构件功能具有较高的形式，使建筑的构件具有弹性，而且弹性力较强。在控制连梁刚度上不仅仅是为了让建筑有抗震性，更是因为剪力墙的结构很特殊，为了能够让结果具有一定的效果，需要通过对建筑结构配筋来实现。此外在判断结构的方向是横向还是竖向的时候，要将连梁内部的作用力转移，将力度有外部传导内部，以此降低连梁的开裂影响。

第四，不断的调整剪力墙厚度，在设计连梁的时候，要注意剪力墙的厚度，同时根据要求调整剪力墙的厚度。如果要求建筑结构中的剪力墙具有超高的厚度，在保证建筑具有稳定性的前提下，将剪力墙的厚度提高。总而言之，在设计连梁的时候，涉及到的问题较多，而且需要解决的问题也不少。一些问题涉及的范围很广，不单单是要保证连梁的刚度，还要让连梁具有抗震性，同时也有抗剪性。当建筑剪力墙能够满足设计要求的时候，后续的施工就更容易。

2.2墙肢设计

第一，墙肢的厚度与建筑结构的稳定紧密结合，而且其厚度还影响着建筑结构的可靠性，正是因为墙肢的重要性，因此需要科学的控制墙肢。总体来说，在设计建筑墙肢厚度的时候，要与国家规定的标准相符，而且还要按照流程工作。可是在实际的设计中，会出现一些问题而使墙肢的厚度出现偏差。尽管高层建筑的规模大，而且高度很高，但是高层建筑也是住宅建筑的一种，因此高层建筑的墙肢，设计中的厚度要与实际工程中的厚度相同。一般规定标准的厚度是在200mm内。一般来说，高层建筑都有地下室，但是也有特殊的结构，当建筑中没有地下室，那么就要重视建筑中的结构，用结构来保证建筑的稳定。在对建筑结构设计的过程中，要综合分析一切影响因素，使其在施工的时候，能够控制，而且要知道存在的问题，这样能够让设计结构更合理。通过使用的结构方案是一字型。

第二，剪力墙的结构布置，随着建筑越来越高，建筑的综合性能也日渐提升，因此，建筑设计中，应该使得建筑具有很好的空间工作性能。因此，在进行剪力墙结构设计时候，应该采用双向布置，科学合理的构成建筑结构的空间性能。同时，由于对建筑的抗震性能有了更高的要求，因此，在剪力墙设计时候，严禁在需要抗震设防区域使用单向剪力墙设计。在进行剪力墙设计时，要保证平面均匀分布，刚度中心要和建筑的整体质心相重合或者是尽量靠近，如此可以很大程度上减小扭转效应。

3.框架剪力墙结构的设计要点

3.1剪重比的设计要点

剪重比是建筑抗震设计中的一个重要参数，对于高层建筑的框架剪力墙结构来说剪重比更加重要，因为剪重比对于剪力墙具有重要的意义。如果剪力墙结构的设计周期比较长，加速度变化以及地面位移对其影响就比较大，但是，现实中很难准确计算传统振型的分解法，因为地震影响系数经常会出现较大的波动，长期作用会给选值带来很大影响，使得计算结果与实际情况不相符。因此在框架剪力墙结构中，确定剪重比时，一定要与各楼层的水平地震力相比取其最小值，因为剪重比达到最小，才能满足高层建筑安全方面的要求。

3.2刚重比的设计要点

在框架剪力墙结构中，刚重比与剪重比一样具有重要的意义，因为刚重比既直接反应建筑结构刚度与重力荷载之比，又是框架剪力墙结构稳定性的重要保障，因此，高层建筑技术人员必须严格按照建筑工程技术标准确定刚重比。同时，高层建筑框架剪力墙结构的设计要结合工程实际情况以及工程施工标准，这样才能保证刚重比的设计合理。

3.3框架剪力墙结构的整体抗震性能设计

框架剪力墙结构包含框架和剪力墙这两种结构，只有两者合理布置才能发挥不同结构的优点，使得框架剪力墙结构有较大的抗侧刚度，侧向变形在剪切变形之间，能够有效降低楼层变化产生的位移变化，更容易获得较大空间。

（1）框架剪力墙结构相比单独的框架结构，对梁。柱节点要求比较低。框架剪力墙结构中剪力墙是重要的组成部分，所以结构中的梁纵筋在节点区锚固要求较低，与框架结构要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墙结构的两个主轴方向，但并不是两个主轴方向上的作用力都会达到最大值。正交作用在竖向抗震构件中作用明显，所以框架结构需要在节点核心位置设置足够的箍筋，框架剪力墙结构因为存在较多剪力墙，不用考虑正交作用的影响。

（2）在框架剪力墙结构的高度方向上，如果存在结构不一致，有超强部位，也有软弱的位置，在抗震作用下，就会导致结构曲率延性集中在结构比较软弱的位置，这样会对结构产生破坏。原因就在于软弱的位置因为作用力出现很大的非弹性变形，但是其他位置仍旧处于弹性阶段，所以，框架剪力墙结构的设计要重视剪力墙高度的连续性。同时，框架剪力墙结构设计中的承载力部分一定要尽量保持截面设计的承载力和地震反应相适应。剪力墙对于框架剪力墙结构抗震设计具有重要的意义，所以要注意剪力墙的延性设计，双肢剪力墙的延性相对较好，其各层连接梁能够形成塑性铰，这样就能够有效的吸能。耗能，提高剪力墙延性，延缓底层墙铰产生。

（3）框架剪力墙结构设计中，深连梁剪力比较大，但是延性比较低，没办法与整体结构的延性保持一致。所以在设计中应该限制剪力墙延性，有时为了能在弹性阶段吸掉大部分能量，就需要提高剪力墙承载力，但是这种方法存在的问题就是会提高工程造价，为了避免工程造价过高，可以采用双连梁，这种方案可以有效改善连梁的受力。设计过程中通常采用双连梁剪力墙设计方法，这种方法的优点在于降低连梁刚度，同时还可以有效降低截面承载的弯矩以及剪力，从而改善连梁受力性能，这样就不会发生连梁截面超筋的现象。除此之外，在框架剪力墙结构设计中把双连梁和其他不同类型的连梁超筋方案进行有效结合，这样就会实现受剪面积不变，但是连梁与剪力墙两者的受力得到改善的目标。

4.结语

高层建筑结构中的框架剪力墙结构设计与施工日渐成熟，但是随着人们对建筑功能要求的提高，框架剪力墙结构设计还需要及时改进。把高层建筑的安全性、抗震性作为施工中应该时刻遵守的原则，为框架剪力墙结构设计的合理性提供保障，促进高层建筑的质量提高。