高层建筑框架剪力墙结构设计分析

2018-02-15丁传平

建筑与装饰 2018年20期

丁传平

青海省地矿建筑勘察设计院青海西宁 810001

1 框架剪力墙结构工程的概述

框架剪力墙结构工程是由剪力墙结构和多种框架结构共同组成的一种承重结构，具有空间布置灵活、施工方便、抵抗水平荷载能力高等方面的优点，是目前建筑使用比较广泛的一种结构体系。建筑框架剪力墙结构工程是集剪力墙结构和框架结构为一体的综合性建筑结构工程，其一般是使用混凝土墙板作为结构的梁柱体系，利用剪力墙承担工程的水平荷载和竖向荷载的一种建筑，框架剪力墙结构是由于框剪结构是在继承了框架结构的基础上融合了剪力墙结构[1]。

2 框架剪力墙结构工程的主要特征

框架剪力墙结构工程的特征主要体现在：①受力特征。框架剪力墙结构主要由框架与剪力墙两部分组合而成一种新的受力形式，与传统建筑结构形式具有很大的区别，在建筑低下的楼层，一般情况下剪力墙的位移比较小，变形的特征是拉着框架按照弯曲的曲线变形，并且能够承受大部分的水平力。而建筑上部分结构则会发生较大的位移，并且具有外侧的趋势，但是因为框架具有内收的趋势，框架拉剪力墙按照剪切型曲线变形，除了要承担外荷载产生的水平力，同时还承载了将剪力墙拉回的附加水平力。②抗震特征。结合建筑框架剪力墙受力特点，为提高其抗震能力，在进行设计时需要合理确定剪力墙刚度与框架的比例，以此来提高结构体系与框架对建筑结构稳定性的作用，提高建筑结构抗震能力。在设计建筑工程框架剪力墙系统时，还需要对施工当地地质情况进行分析，合理确定建筑抗震等级[2]。

3 某高层建筑框架剪力墙结构工程的概况

某高层建筑工程地表无不良地质现象，设计使用年限为50年，建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为七度，主体为剪力墙结构，裙房为框架结构。地基基础设计等级为乙级，主体为筏板基础，裙房为柱下独立基础和墙下条形基础。主体为地上12层带1层地下室，右边裙房为地上1层带1层地下室，前边裙房为地上1层。

4 高层建筑框架剪力墙结构设计的原则及其应用分析

4.1 高层建筑框架剪力墙结构设计的主要原则

主要表现为：第一、可靠性原则。可靠性是剪力墙结构设计的基础工作；第二、安全性原则。剪力墙结构建设就是为了增强建筑的抗震性能，保证房屋及构筑物的安全施工。并且剪力墙结构设计可以保证剪力墙结构安全可靠度，也能够使剪力墙结构的功能得到最大化程度的发挥。第三、经济性原则。建筑剪力墙结构设计过程中，为了节省工程成本，可以从技术手段以及原材料的使用等方面着手。

4.2 高层建筑框架剪力墙基础设计的应用分析

该高层建筑工程上部12层带1层地下室，根据勘察报告，取筏板厚为1000mm，经细算后筏板可减至800mm，经济性明显。因此，基础选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值，对小高层来说一般筏板厚初选时可按楼层数计，即每层按50mm厚增加。如12层建筑则初选可取600mm厚试算，试算后根据筏板配筋情况调整筏板厚度。由于考虑地下室的使用合理性，常规采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝，后浇带的作用非常重要，但也给施工带来了不少麻烦，甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。而有些高层，长宽均达百米以上，中间就设置几条后浇带。

4.3 高层建筑框架剪力墙结构设计应用的分析

具体体现在：①合理布置剪力墙。剪力墙的布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合。在结构布置应避免“一”字形剪力墙，若出现则应尽可能布置成长墙；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件时两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍及8倍以下为短肢墙，大于8倍则为普通墙。该工程主梁搁置在剪力墙上的，在相应部位设置暗柱，以控制剪力墙平面外的弯矩。②剪力墙配筋及构造设计要点分析。第一、剪力墙配筋。该工程剪力墙一层墙厚为250mm，其余地面以上墙厚均为200mm，水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。六层以下水平筋Φ10@200双层双向，双排钢筋之间采用Φ6@400拉筋；六层以上Φ8@200双层双向，双排钢筋之间采用Φ6@600拉筋。地下部分外围墙体竖向配筋14@200为主要受力钢筋，水平筋则构造配置，该工程均取12@150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，简化计算后由竖向筋控制。为增大计算墙体的有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。第二、剪力墙边缘构件的设置。相关研究表明，钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约40%，耗能能力增大20%，且增加了墙体的稳定性，因此一般一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；其余剪力墙应按《高规》设置构造边缘构件。有工程技术人员对某具体工程计算结果中在墙肢轴压比小于0.25情况下计算配筋仅为构造配筋，而约束边缘构件配筋则高达40c㎡，造成设计时钢筋配置困难，施工难度更大，所以对剪力墙的配筋应首先区分剪力墙的受力特性及类别，即普通剪力墙（长墙）、短肢剪力墙、小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待。