基于实例分析高层建筑框架剪力墙结构设计

杨 华

（身份证号：3601241979****0016， 江西 南昌）

1 框架—剪力墙结构概述

所谓框架-剪力墙结构，主要指的是由框架结构和剪力墙结构两种结构结合而成的一种结构形式，将两种结构的各自的优势集中到一起。众所周知，框架结构的变形主要为剪切型，上部楼层之间的相对变形较小，下部楼层之间的相对变形较大，而剪力墙结构的变形主要是是弯曲型，上层之间的相对变形较大，下层之间的相对变形较小。因此，框架-剪力墙结构综合了两种结构的特点，由两种结构的协调变形，形成了弯曲剪切变形，减小了楼层间的相对位移比和顶点位移的比值，提高了结构的侧向刚度。从受力特性来看，由于框架—剪力墙结构中剪力墙的侧向刚度远大于框架的侧向刚度，在水平荷载作用下，剪力墙承担了超过 80%的剪力。因此，框架结构在水平荷载作用下的楼板剪力沿高度分布均匀，各层梁柱的弯矩相近，有利于降低梁柱规格，继而使得施工更加便捷。

2 框架-剪力墙结构设计要点

2.1 框架结构配置要求

在布置框架—剪力墙结构体系过程中，不仅要满足《抗规》、《高规》及其相关规范准则，同时，还需要满足以下要求:

布置框架-剪力墙结构时，不仅要符合《高规》、《抗规》及其有关规定，同时还需要满足一下相关要求：

（1）框架剪力墙结构中剪力墙的布置一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。

在框架—剪力墙结构布置中，对于剪力墙的布置要遵循一下原则：均匀、对称、分散、周边。

（2）进行框架—剪力墙结构设计时要采用双向抗侧力体系，在抗震设计环节两主轴方向要设置剪力墙结构。

（3）剪力墙应连接建筑物的整个高度，并应逐渐减薄沿高度墙的厚度，以避免刚度的突然变化。

2.2 抗震设计要点

（1）在抗震设计过程中，可以通过机构控制来实现总体屈服的目标。其设计做法是在框剪结构的特定位置上安装上一些“塑性铰”，从而有效的控制塑性铰发生的趋势、次序及其程度的等，进而确保在地震过程中能够有效的进行能量的损耗。

（2）平衡结构刚度和承载力。在框剪结构中，剪力墙的数量增多，体积增大，刚度增大。然而，这会使结构的固有振动周期变小，地震作用的整体水平增加，否则，结构的刚度将减小，地震力将更小。

2.3 剪力墙布置

通常情况下，应设置在平面形状改变的地方，或角、端角、凹角部分，可以有效地增强扭转阻力。高层建筑楼梯、电梯室和管道井的楼板开口会严重削弱楼板的刚度，这对框架-剪力墙结构的协调有不利影响。针对这一现象，为了加强这些薄弱环节，在工程设计中使用钢筋混凝土剪力墙，如楼梯、电梯竖井、竖井管轴等都将起到很好的效果。剪力墙间距适用于现浇钢筋混凝土楼板L/B＝2-4，适用于装配式整体钢筋混凝土楼板 L/B＝1-2.5。原则上，建筑物的高度越高，其取值就要越小。

2.4 剪力墙的厚度

在框架-剪力墙结构中，剪力墙的边界应由梁（或侧梁）和端柱组成。规范中规定剪力墙截面厚度为：

1）在抗震设计中，通常一级、二级剪力墙底部加固部分的厚度都不得小于1/16的层高，且不得小于200毫米；

2）其他小于160毫米，不应低于1/20层的高度。隐蔽梁的宽度应与墙体一样厚，其高度可以是墙体厚度或框架梁截面的 2倍。框架柱的截面应与同层框架柱的截面相同，满足框架结构中框架柱的要求。

3 实例分析

某地区一高层建筑项目，地上15层，高1～2层5米，其余标准层高3.4米，地下1层，高5米。该工程的风压为0.40kN/m2、施工场地III级、基础设计甲级、8度抗震设防、建筑抗震设防等级 C级、框架抗震设防等级二级、剪力墙等级一级。

3.1 基础与桩基设计

由于液化土③层主要是淤泥和粉砂土，预制管桩用于渗透液化层。桩径为500mm，桩端持力层置于粉砂和细砂的顶面。基础应在柱下、墙下和防水板下支撑。

3.2 结构布置

1）设计基本原则。根据业主对建筑物的功能要求，考虑到建筑物的一、二层需要满足大空间和结构高度的餐厅、健身中心的建设要求，主体结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙体系。

2）剪力墙的布置与设计。按照混凝土施工技术的相关规范，在进行剪力墙布置时，剪力墙的间距不能太大，要均匀布置在建筑物、楼梯、电梯、平面形状变化大的位置，剪力墙肢体越长，所吸收的荷载刚度越大，地震力越大，因此，剪力墙不能太长。同时，在实际设计过程中，可以利用在剪力墙中打结构孔来减小剪力墙的刚度，进而避免刚度的突然变化。同时，为确保建筑结构能有足够的刚度来抵抗扭转，并让建筑刚心能平面形心相吻合，可以把剪力墙均匀的布置在建筑物周边对称区域。

3）楼屋面板的选型及设计。由于本工程主体结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，为了提高柱-剪力墙的协调性和整体结构的刚度，楼板也采用现浇钢筋混凝土梁和楼板结构。为了提高结构的侧向刚度，根据建筑的布局，地板的二次梁沿建筑的y方向布置。楼板厚度按跨度计算。

4）剪力墙的连梁设计。虽然剪力墙之间的梁可以先破坏，但在实际设计中，连接梁在剪力墙之间起到连接作用，并通过连接梁分布地震力。为实现连接梁在墙腿屈服前的强剪切和弱弯曲，计算模型的调整主要通过对开口高度的整体规律调整来加强。连接梁的抗剪能力。在设计中需要注意的是，当连接梁的破坏对竖向荷载没有明显影响时，可根据独立墙体支的计算图分析二次频繁地震作用下剪力墙的破坏情况。

5）整体计算结果。PKPM计算表明，在规定的水平力作用下，底板剪力墙承受的倾覆弯矩大于 50%。因此，根据典型框架剪力墙确定抗震等级，整体结构满足la的计算指标。位移、扭转、位移比等。同时调整柱墙截面和连接梁截面，防止加固。通过改变混凝土截面和等级来调整框架柱和剪力墙的轴压比。通过改变楼板厚度和梁截面高度来满足挠度要求。

3.3 项目设计注意事项

1）方案选型与概念设计。根据建筑功能要求制定科学、合理、经济、使用的结构方案。要保障结构体系能有一定的应力、简单的力传递、多条安全线路，同时有效的增加建筑结构及其内部的冗余度，进而引入超静定结构和抗连续倒塌设计思想，确保方案选型的合理性。

2）抗震等级的确定。通常，在规定的水平力作用的条件下，往往由于柱的截面不同，其剪力墙的布置也不同，所以，使得柱与剪力墙的地震倾覆力矩的百分比不同，因此，地震等级及其适用范围也是不同。因此，实际设计过程中，柱截面和剪力墙布置都要经过多次的调整地震倾覆力矩的百分比，而且，地震倾覆力矩的变化会影响结构地震等级。

3）剪力墙的布置。在剪力墙的实际设计中，整体计算应平衡框架柱和剪力墙的作用。当整体计算满足要求时，会出现过拟合、超轴压比问题，设计中反复计算设计难度大。在混凝土设计中，剪力墙不能贯穿整个建筑的高度，导致刚度的突然变化。为保证剪切力的可靠传递，进行楼板浇注，确保厚度在16厘米以上，相邻上层楼板柱应相同。应采取有效措施提高变形能力，避免塑性铰过早。

4 结束语

综上所述，框架-剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用非常普遍，框架-剪力墙结构体系是高层钢筋混凝土结构中较为常见的结构体系。因此，为了进一步促进高层建筑的发展，我们的设计师在实际工程设计中要加强重视，通过实际探索和研究，积累和总结实践中的各种经验，不断创新，使建筑结构合理，以获得适当的经济技术指标。

[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业，2011（16）

[2]陈友.探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题及对策[J].城市建筑，2012（87）