建筑工程中框支剪力墙结构设计问题探讨

罗科

摘要：随着城市进程的不断加快，高层建筑逐渐增多，如何保证其结构的科学性成为业内人士普遍关心的焦点。框支剪力墙结构属于一种较为常见的现代建筑结构，并在高层建筑中得到了广泛应用。下文将针对该类结构的设计要点进行相关探讨。

关键词：高层框支剪力墙；结构设计；要点

1.工程概况

某建筑工程，建筑总面积88616m2，共计52层（含地下4层），建筑高度184.6m。该建筑采用框支剪力墙结构，框支柱采用高强钢管混凝土柱，转换层采用一般梁式转换。框架、剪力墙的抗震等级分别为：1）框支框架的抗震等级为特一级。2）普通框架的抗震等级为一级。3）剪力墙1～12层的抗震等级为特一级。4）其他層剪力墙的抗震等级为一级。

2.结构的整体计算分析

整体计算本建筑工程时，先后使用SATWE、ETABS，并对两种计算方法的结果予以分析，发现由它们得到的主要指标没有明显差异，提示计算结果具有足够的可信度。由结构布置和得到的计算结果可知，本建筑工程属于超限高层，其涉及的超限内容如下：1）在总高度上大于规范要求的B级高度钢筋混凝土建筑的最大适用高度。2）竖向抗侧力构件有间断，属于Ⅱ类，伴有扭转不规则问题。3）大底盘多塔复杂结构，还涉及高位转换问题，但没有达到严重不规则程度。

3.关键部位的结构设计

3.1剪力墙设计

借助A、B两个塔楼所属的核心筒进行剪力墙的设置，并将之当作关键竖向抗侧力构件，考虑建筑存在高度超限问题，于是应用多重措施以保证剪力墙具有足够的延性：1）增加厚度和提高砼强度等级以保证剪力墙截面具有足够强度，并保证其轴压比的合理性，考虑大地震情形下基底能够承受的剪应力水平，从而避免剪力墙发生脆性剪切破坏。2）对底部进行加强时，增加加强层数，即由原先的-1～9层调整到-1～l2层，剪力墙配筋率调整为0.6%，约束边缘构件配筋率调整为1.8%，配箍率调整为2.0%。3）受地震荷载、风荷载的影响，连梁通常承受较大剪力，为避免连梁由此受到剪切破坏，应对“跨高比≤2”的连梁进行加强，如增添交叉暗撑等，与此同时，参考其承受的总剪力值进行配筋计算。

3.2钢管混凝土柱设计

钢管混凝土柱具有诸多优势，不仅承载力高，而且延性好，同时还表现出良好的抗震性能，作为框支柱使用，一方面能够保证抗震性能符合要求，另一方面能够减少自身截面积而空出更多的使用面积。所以，在设置有转换层的高层建筑中，钢管混凝土柱获得了普遍应用。本工程的框支柱部分便采用性能优异的钢管混凝土柱，并通过轴力方式使其承担一定的倾覆力矩。计算构件截面抗剪承载力时发现，如果截面、配筋以及轴压力三大参数一致，那么不同钢管混凝土柱所对应的截面抗剪承载力也趋于一致，所以，应确保第一层钢管混凝土柱所对应的受剪承载力不可低于第二层钢筋混凝土柱所对应的受剪承载力的3/4。钢管柱使用的钢材为Q345B，内衬管以及柱底环板使用的钢材为Q235B，柱中砼强度等级设计为C60。钢管混凝土柱经由环梁节点和楼盖相接，框架梁纵筋被牢固锚入环梁之中，环梁节点中设计有2Φ25抗剪环，且通过贴焊的方式和钢管壁有效连接。

3.3转换层设计

本建筑工程的转换层应用的是一般梁式转换。基于建筑功能考虑，转换层的某些框支梁和转换框支梁相接，这种设计能够赋予框支剪力墙良好的抗震性能，然而其受力不仅大，而且较为复杂。所以，有必要考虑并设置更多的安全措施。在设计过程中，应尽量保证转换层具有理想的抗震性能，通常应用中震对应的地震影响系数对结构展开相应的弹性内力分析，同时考虑竖向荷载的大小，在材料强度设计值的基础上（忽略构件内力增大系数及其影响），对转换梁予以严格的强度验算，从而保证其在中震条件下能够保持理想的弹性工作性能。为避免转换梁发生剪切破坏，应对转换梁截面进行合理增大，对梁抗剪箍筋进行合理加大，对那些受剪强度偏大的转换梁设置内焊形式的材质为Q345B的H型钢，从而确保钢筋混凝土转换梁所对应的最大剪压比不会超过0.15，型钢混凝土转换梁所对应的最大剪压比不会超过0.30。在型钢混凝土梁梁面以及梁底设计纵向受力钢筋，适当提高梁底纵向配筋率（增加到1.30%）。

4.建筑框支剪力墙结构设计体会

1）对建筑结构进行设计时，应重视并做好概念设计工作，深入了解建筑结构体系的整体及局部特点，不仅要了解和处理好结构薄弱层，而且要善于发现抗震设计缺陷并予以有效改进。在设计过程中，应最大程度发挥工程设计软件所具有的积极作用，通过严谨的建模以及比较分析，最终设计和提供集各种优势于一体的建筑结构方案。2）在设计过程中，应重视并把握好框支剪力墙结构所对应的抗震性问题，尤其要采取相关措施以保证转换层满足要求。3）假若采用框支剪力墙结构为主且附带裙楼这种形式，则需要认真考虑结构可能发生的扭转效应，并采取针对性的处理措施，如选择外伸裙楼远离平面质心的角部设置一道L型抗扭剪力墙，不仅如此，还需要在主楼和裙楼连接部位设计一道剪力墙以起到有效加强的作用。4）转换梁受力状态将会受到两大因素的共同影响，一个是上部墙体分布形式，另一个是梁支座采用的约束形式。支座受到较强的约束时，梁将会受到偏心受拉作用，在抬小墙肢或者梁抬柱等相关情形中，转换梁将会面临所谓的全跨偏心受压。5）框支剪力墙如果属于高位转换形式，则需要重视并做好概念设计工作，在整体及局部结构上进行严谨分析和系统论证，尤其要做好对上部墙体设计的优化调整，从而使其具有最为科学的抗侧移刚度。6）对转换构件予以局部应力分析，并对其配筋进行校核。对框支梁的抗剪截面进行计算，当其未能满足设计要求时，应选择加宽的处理方式，而不是加高截面，防止由于过分提高框支梁刚度而有违“强柱弱梁”以及“强剪弱弯”的原则。

5.结束语

在当前建筑中，框支剪力墙结构以其诸多优势获得了广泛应用，为业内人士所重视。设计人员应基于相关设计要求，同时参考工程具体情况对该类结构可能存在的薄弱部位予以全面而深入的分析。不仅如此，还应深刻了解和把握框支梁框支柱配筋方面的特殊性，最大程度发挥工程设计软件在建模以及分析领域的作用，对各种方案予以比选和优化，从而提供高质量的框支剪力墙结构设计方案，为建筑工程整体质量提供有力保障。

参考文献：

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