高层建筑框架-剪力墙结构设计的探讨

周志远

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司 山西 晋城 048006）

高层建筑框架-剪力墙结构设计的探讨

周志远

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司 山西 晋城 048006）

在高层建筑中，框架-剪力墙结构是较为常见的结构。它的应用范围较为广泛，如果设计得当，不仅能够使高层建筑更加稳定，而且还能增强其防震功能。为了保证框架-剪力墙具有更高的安全保证，需要根据工程的具体特点进行设计。本文主要对框架-剪力墙结构的设计应用及相应的设计要点进行了探讨。

高层建筑；框架-剪力墙；结构设计

一、前言

目前高层建筑的结构形式主要包括框架结构、框架-剪力墙结构及剪力墙结构等。对于超高层建筑来说，还包括筒体结构以及框架-筒体结构等。其中，框架-剪力墙结构是应用较为广泛的一种结构形式，主要可分为框架-剪力墙分开布置、在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙、在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙。由于现代建筑的结构复杂性，人工计算已经不能满足结构设计计算的需求，因此必须使用相关的工程软件进行计算。在进行结构设计时，首先要对结构进行概念设计，这样才能确保高层建筑框架-剪力墙的设计更合理。

二、高层建筑框架-剪力墙设计应用

1、连梁设计

第一，在框架-剪力墙结构设计中，需特别注意连梁设计。因为连梁部分对于结构整体稳定有重要影响，因为，按照多道设防的要求进行概念设计时，墙体是第一道防线，在设防地震、罕遇地震下先下框架破坏，而连梁是墙体中主要的构件。在设计时，要控制连梁的高度，同时还要让洞口的宽度合理，符合建筑功能的要求。对连梁的设计主要由剪力墙的洞口宽度的设定，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，其跨高比就会增加。而结构的抗震性，需要两者的兼顾考虑。

第二，要想控制结构中裂缝的出现，那么就要适当折减连梁的刚度。在抗震设计时，连梁刚度相对框架-剪力墙较小。截面承受的弯矩和剪力较大，配筋设计困难。因此，在不影响承受竖向荷载能力的前提下，允许适当开裂，即折减刚度；把内力转移至相连剪力墙上。但折减系数不宜小于0.5，以保证连梁承受竖向荷载的能力，实现连梁的强剪弱弯的原则。此外要对结构的其它构件进行合理设计。此外，为使结构构件具有一定刚度弹性参与整体分析需要通过对结构的合理配筋来实现。因此，要将连梁内部的作用力转移，形成塑性内力重分布，将作用力合理分配给各受力构件，以此降低连梁的开裂影响。

第三，不断调整剪力墙厚度，在设计连梁的时候，根据水平、竖向荷载对结构的作用及构造要求适时对剪力墙厚度进行调整。如果结构中存在底部转换层或存在框支剪力墙时，在保证建筑具有稳定性的前提下，按照设计要求，应将底部剪力墙的厚度提高。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。不单单是要保证连梁的刚度，还要让连梁具有一定的抗剪能力。当建筑剪力墙能够满足设计要求的时候，建筑的安全性及经济性能得到较好的保证。

2、墙肢设计

第一，墙肢的布置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，在设计墙肢厚度的时候，要与国家规定的标准相符，一般来说，高层建筑都有地下室，做为上部结构的嵌固端。但是也有特殊的结构，当建筑中没有地下室，那么就要重视结构布置。在对结构设计的过程中，应尽可能避免出现墙肢小偏心受拉情况的出现，当双肢剪力墙中一个墙肢出小偏心受拉时，该墙肢可能会出现水平通缝而严重削弱其抗剪能力，抗侧刚度也严重退化，由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致另一墙肢抗剪承载力不足。剪力会在墙肢中重新分配，因此，墙肢的弯矩、剪力设计值应相应的增大。

第二，随着建筑越来越高，因此，结构设计中，应该使得结构具有很好的空间工作性能。框架-剪力墙是框架和剪力墙共同承担竖向和水平作用的结构体系，布置适量剪力墙是其基本特点。无论是否抗震设计应该采用双向抗侧力布置，且结构在两个主轴方向的刚度和承载力不宜相差过大；科学合理的构成建筑结构的空间性能。因此，在框架-剪力墙设计时，严禁在需要抗震设防区域使用单向剪力墙抗侧力设计。应在两个主轴方向均应布置剪力墙，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。以体现多道设防的要求。

三、框架-剪力墙结构的设计要点

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。

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，是影响重力P-△效应的主要参数。高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性较小。主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。当结构的刚重比减小时，重力P-△效应会呈非线性关系急剧增长，直至引起结构的整体失稳。当结构的设计水平力较小时，如计算的楼层剪重比小于0.02时，结构刚度虽能满足水平位移限值要求，但有可能不满足刚重比的要求。因此，必须严格按照建筑工程设计技术标准确定刚重比。

3、框架-剪力墙结构的整体性能设计

（1）框架-剪力墙结构相比单独的框架结构，框架-剪力墙结构中剪力墙是重要的组成部分，是抵抗地震作用的第一道防线，在地震作用下，由于塑性内力重分布，框架部分按侧向刚度分配的剪力会比多遇地震下加大，但为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力给以适当的调整；主要是根据各层框架承担地震作用力与底层结构对应地震作用总剪力的比值为参数进行。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-剪力墙结构中因为剪力墙的存在，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，如果存在结构布置不连续，在底部侧向刚度较弱部位处，在地震作用下就会导致结构曲率延性集中在侧向刚度底部软弱的位置，这样会对结构产生破坏。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。

（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。

四、结束语

总而言之，在高层建筑的项目中，应用框架-剪力墙结构的设计是比较广的。其组成形式较为灵活，在结构布置时如果处理好框架和剪力墙之间的关系。可使框架-剪力墙结构更好地发挥两种结构自自我作用并且使整体合理地工作。此外，在结构设计的过程中，要注意重点部位的设计，并严格按照设计的要求去施工，这样才能保证建筑结构的抗震性能和建筑功能性都有很好的保证。

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[2]戴亚鹏.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].山西建筑，2015，（04）：36-37.

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TU7

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1007-6344（2017）05-0106-01