高层建筑框架剪力墙结构设计探究

李志飞

（湖南 长沙 410000）

1 引言

框架剪力墙结构体系的两大组成要素是刚劲混凝土的框架和剪力墙，其最大的作用就是能够规避地震灾害，因为框架剪力墙由剪力墙和延性框架两部分组合而成，而且延性框架的延展性能比普通框架要好。所以这种结构比传统建筑上的框架结构更加灵活多变，因此框架剪力墙结构体系如今已被广泛运用在了高层建筑的结构设计之中，我国建筑亦如是。

2 高层建筑框架剪力墙结构特点

2.1 框架剪力墙的抗侧力结构

框架剪力墙的结构体系和传统结构不同，它不是单一的结构形式，而是由两种不同的结构组合而成。这种结构的受力特点是在水平外力的作用不一致情况下，框架受到更多的作用力。由于采用延性框架，在侧力产生时框架会产生一定的变形，此时整套结构的形状很像一把剪刀，这养的结构体系能够保证随着楼层的增高，楼层间的相对位移量不增反减，稳定高层建筑的结构；和普通的刚性框架相比，普通的刚性框架的水平位移随着楼层高度的增加成正比关系，在楼层很高的建筑中水平位移过大会造成建筑物结构的损害。

2.2 框架剪力墙的抗震性能

在高层建筑物的抗震性能体系中，一定要满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计理念。在地震的震级比较小的时候，要注意建筑物没有遭受到明显的损害，还可以相对正常地继续使用；在地震震级适中时，保证建筑物经过一定的修缮还可以回到地震前的使用水平；地震震级很大的时候保证建筑物不产生坍塌等严重的危害。同时由于一般地震对于建筑物的破坏是多方向性的，所以建筑物的框架剪力墙设置应当在建筑物的四周均有分布，抵抗水平荷载，保障结构的承载能力，提升建筑物的抗震性能。

3 框架剪力墙的受力特点

框架结构受力具有剪切型的特征，位移越往上增大趋慢，开口曲线呈现内收型，框架单独结构的变形曲线（如图1所示）。

图1 单独框架侧移

图2 单独剪力墙侧移

剪力墙结构的位移曲线有类似于悬臂弯曲梁的特征，位移往上增大越快，呈现外弯型开口曲线（如图2所示），在同一个平面内的抗弯曲强度很大。

但是在框架剪力墙的结构体系之中，框架和剪力墙之间可以通过平面内刚性无限大的楼盖连接在一起，以此来共同抵抗水平力，让框架不会单独按照各自的弯曲变形、剪切变形等而自由变形，他们在同一楼层的位移必定相等。所有框架剪力墙的水平位移特征在框架和剪力墙二者之间。

4 框架剪力墙结构设计原则

4.1 合理的框架结构设计计算

进行框架结构设计计算时，要注意在水平力的推动之下，要根据高层建筑底层框架能够承受的地震倾覆力矩和结构总地震倾覆力矩之间的比值来计算，计算出该建筑物采用的框架的具体参数和设计方法，注意要具体问题具体分析，所有数据都来自于该建筑工程的实地测量，保证数据的真实有效。

4.2 合理调整0.2VO系数

在普遍情况之下，框架剪力墙中框架受到的外力很小。在框架剪力墙结构中防线的设置很多，其中剪力墙作为面对地震时的第一道防线，在面临强烈地震的时候由于塑性内力重分布，导致框架部分按侧向刚度分配的剪力会比普通地震来得大。为了保证作为第二道防线的框架也能发挥相应的作用，同时具有一定的支撑建筑物强度的性能，所以相关设计要求把计算出来的柱子剪力加大。

4.3 建筑物楼层之间进行调整最小剪力系数

在剪力墙的设计方面，为了在保证建筑物的抗震能力的同时减轻建筑物自身的重量，在建设过程中，使用短肢种类的剪力墙，避免采用过大过长的剪力墙造成整体总量增大和资源的浪费，这样可以做到“物尽其用”。同时在剪力墙墙体上设置大开间，可以提高剪力墙结构的倾向刚度。保证建筑物相邻楼层之间的剪力参数既符合了设计要求，同时节约了建筑建设成本，可谓一举两得。

4.4 调整建筑物楼层和楼层之间的最大位移比例

一般的建筑设计在楼层和楼层之间都有对于扭转弯曲和剪切弯曲的处置方案。在对建筑物的剪切弯曲进行处理的过程中，要注意对塑向配件的使用量进行规范，如果管控不够到位，就可能导致框架剪力墙中剪重占比太大，导致剪力墙不符合设计要求和设计规范，还可能导致相邻咯偶层之间的扭转弯曲和剪切弯曲程度加大，出现楼层之间的相对位移现象，影响建筑物的整体质量。所以，降低关键楼层之间的扭转弯曲和剪切弯曲十分重要。

4.5 调整剪力墙连梁超限

在建设剪力墙结构的时候，要注意比较剪力墙的跨高和2.5的连梁，不然可能在剪力和弯矩方面产生不符合要求的情况。就此问题，在剪力墙的结构设计中一般会事先规定剪力墙的连梁跨度比值大于2.5，同时对于连梁跨高比大于5的剪力墙连梁要采用更加特殊的施工方法，即利用框架梁的方式来进行剪力墙连梁的架设。注意跨高比处于5～6区间内的剪力墙，要保证连梁的刚度不发生变化，否则剪力和弯矩就可能出现异常状况，影响剪力墙的最终质量。

5 结语

综合以上，框架剪力墙综合了框架和剪力墙两种体系，具有很强的抗侧力能力。在高层建筑中框架剪力墙作为建筑抗震的关键结构，能够很有效地在地震时减少楼层间的水平位移，保障建筑物的安全。作为高层建筑物的首选结构，框架剪力墙有诸多设计原则，需要设计者和施工人员进行合理而精确的设计，最大限度地提升框架剪力墙的作用，保障建筑物的质量和安全性。