高层建筑框支-剪力墙结构设计优化策略探究

2019-12-29武汉名洋建筑设计有限公司

门窗 2019年12期

张颖肖帆武汉名洋建筑设计有限公司

1 高层建筑框支剪力墙结构的主要设计难点

为直观阐述建筑框支-剪力墙结构在设计阶段中的主要设计难点与问题，以7度区的某高层建筑工程为例，该建筑转换层分布于地上二层，建筑总体结构由一层地下室、地上底部两层商业（商业裙房比主楼的范围大,1～2个柱跨）、地上3～24层住宅共同构成，建筑总体高度数值为78.3m，室内外高差为0.3m。

1.1 结构竖向刚度不规则

该建筑于地上1层区域中设置大堂以及地上1、2层设置商业区，大空间设计需求，导致较多剪力墙结构无法落地，而地上二层以上为住宅，为了能尽量减少外凸结构竖向构件而采用剪力墙结构，故选择采用框支-剪力墙进行转换。竖向抗侧力构件出现不连续的结构设计问题。另外，由于层高的变化较大，一、二层层高均为6m，3～24层层高均为3m，存在着竖向构件上下刚度突变的问题。为满足规范，在这两个重大功能要求不好改变的前提下，要通过调整平面结构构件布置来解决。

1.2 结构平面布置不规则

该建筑2层以上平面比较规则，基本对称，且局部外凸长度满足规范的规则要求。但是，由于底部的两层商业裙房，平面尺寸大于主楼的尺寸，存在上下刚度分布不均匀及重心刚心偏置问题，导致整体结构的扭转位移加大，必须通过调整竖向构件的布置来形成一定的抗扭刚度，使结构的位移和位移比，以及结构周期、周期比能控制在规范允许的范围内。另外，大堂及商业加楼梯的功能要求，平面还存在开洞较多的不利问题。由于结构刚度的需要，必须有一定比例的剪力墙落地。由于底部大空间功能的限制，只能在有限的位置布置落地剪力墙，因此大大增加了结构设计的难度。

2 高层建筑框支剪力墙结构的优化设计策略

2.1 选择适当位置设置落地剪力墙

在多数高层建筑工程中，主要存在结构整体刚度、刚度比、抗扭刚度不足的问题。在该高层建筑工程中，首先利用建筑平面的允许位置，例如在上下贯通的楼电梯间处、商铺的分隔墙处，尽量能多的让主楼剪力墙落地。保证大分区，在不影响主要功能的前提下去引导建筑专业做适当的调整。落地剪力墙，尽量保证一定的均匀性，质心和刚心尽量重合，建筑外围剪力墙不能太少，否则抗扭刚度很难满足规范的要求。

2.2 调整框支-剪力墙布置方案

在部分高层建筑工程结构设计方案中，存在剪力墙短墙布置比例过高问题，并以此为诱因引发框支-剪力墙重复设置、建筑整体结构抗扭刚度不足等设计问题的出现，也会减少造价。在合理范围内适当减少短肢剪力墙的布置数量。此外需要注重将长墙长度控制在8m以内，优先选择设置具有良好水平竖向承载力的框支剪力墙体结构、保持合理剪力墙体间隔距离等等。

从剪力墙剪跨比角度来讲，虽然部分高层建筑结构中框支剪力墙体的长度超过8m，且在理论层面上仍旧满足建筑延性破坏要求（剪跨比大于等于2的前提下）。但是如若不同墙肢之间的长度差异过大，也将对建筑二道抗震结构/防线造成负面影响，出现多处建筑抗震薄弱环节。以该高层建筑为例，如若在结构中设置过多短肢体剪力墙结构，将会对建筑整体结构的抗震性造成负面影响。因此结构选择优先采取设置长肢剪力墙结构（墙体长厚比大于8）。

2.3 合理处置大墙肢

在高层建筑结构设计阶段，要确保所设置框支-剪力墙具有良好的延性，从而避免墙体剪切破坏等施工问题的出现概率（将剪力墙结构的高宽比值控制在合理范围内）。而在框支剪力墙结构长度高于相应标准时，为保持合理高宽比值，可选择于框支剪力墙体结构中采取开洞分割处理方式，将墙体分割为多处具有高度独立性的墙段结构，从而预防墙体受弯裂缝施工问题的出现。而在高层建筑结构中存在大墙肢问题时，需要基于大墙肢结构计算建筑主体承载力，且同时采取优先分割大墙肢（在建立墙体中预留施工洞，随后将大墙肢分割为多处小墙肢）、设置混凝土墙（设置配套混凝土墙，以实现对小墙肢配筋性能的优化提升）。

2.4 制定适当平面结构布置方案

在高层建筑框支-剪力墙结构设计阶段中，设计人员需要在条件允许范围内，优先选择沿主轴方向或是其他方向对框支剪力墙结构加以多向布置，同时对匀称布置设计原则进行严格遵循，确保框支-剪力墙的质心以及结构刚心做到有效重合。对这一设计目的的实现，也将大幅降低剪力墙结构扭矩问题的出现概率。因此，在框支剪力墙结构与设计环节中，需要将结构侧抗力以及刚度控制在合理范围以内，并对剪力墙结构的设置间距进行适当加大。