浅析高层建筑框架剪力墙结构设计

刘骞

摘 要：剪力墙结构凭借其抵抗水平压力、提高纵向荷载的性能优势，在我国高层建筑设计中得到了广泛应用。文章分析了高层建筑框架一剪力墙结构特点，进一步探讨框架剪力墙在高层建筑中的具体应用情况和设计策略。

关键词：高层建筑;框架剪力墙;结构设计

框架一剪力墙是高层建筑为了规避地震灾害而设计的结构框架。这种框架结构体系是由两个不同的系统组成的，它们分别是剪力墙和延性框架，而且由延性较好的结构框架连接而成。这种结构设计比传统的单纯框架结构更加灵活多变，因而被广泛应用于建筑施工中，我国高层建筑中大部分使用此种设计。

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。

2高层建筑框架一剪力墙结构特点

2.1 框架一剪力墙的抗侧力结构

框架一剪力墙的结构组成不是单一的结构形式，它是由框架和剪力墙两种不同的结构组合而成。框架和剪力墙结构的受力特点是。在不一样的在水平力作用下，框架的受力比较大。框架在受到一定的抗侧力时会变形，此时形状类似剪切型，这种剪切型的框架在地震受力中所承受的力量是：楼层高度和水平位移增长成反比的关系。而在纯框架结构中，在受到抗侧力时，各个框架的变形结构几乎相似，楼层剪力与框架剪力墙的建立相差很远。剪力墙在水平力的作用下，受到抗侧力时变形曲线呈现弯曲的形态.此时楼层越高水平位移增长越快

2.2 框架一剪力墙的抗震性能

在高层建筑中抗震设计一般要遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。在发生震级比较小的地震时，建筑物可以正常使用：当发生中级地震时，建筑物有部分损害，但损害较小，可以修复，不影响正常使用;当发生重大地震时，保证建筑物不塌陷。一般地震的破坏力是多方向性的，所以建筑物在进行抗震设计时要在各个方向布置抗侧力构件，以抵抗水平荷载，保证结构的承载力，提高建筑物的抗震性。

3 框架剪力墙的承重

3.1 设计实现

在框架剪力墙的设计中和它的整体应用过程中，都要考虑到结构整体的承重性能。框架剪力墙在高层建筑上的承重效果是由它的承重原理决定的。建筑的垂直重力载荷主要是由它的承重墙承担的，而像地震等地质变化主要是水平的压力载荷威胁建筑安全，框架剪力墙主要功能是抵御水平载荷。

在建筑低层当建筑受到水平压力的时候，框架结构基本上不起到承力作用，这时框架中的剪力墙承担载荷，并且支撑框架结构，产生强大的抵抗力，保持建筑稳定。在建筑高层，由于剪力墙在局部上呈竖直性态，而且受到底部到高层的压力传导，剪力墙很难起到承压作用，这时候由于框架整体的收束性，在力的扭曲传递之中，框架牵拉剪力墙形成对压力的消解。框架和剪力墙组成的整体，在建筑的各个高度上通过力的作用完成承压功能。保障了建筑在各个层面上的稳定性和安全性，同时为建筑的功能设计提供了发挥的空间，拓展了建筑功能的实现范围。

3.2 框架剪力墙的维护

在长时间承压情况下，剪力墙可能会出现损伤的情况。尤其是在震区，剪力墙是建筑安全的重中之重，甚至是建筑的生命线，因此做好高层的框架剪力墙设计尤为重要。首先在剪力墙建造中，就要选用坚固的材料设计，一般采用达到一定刚度和强度的混合材料制成，切不可因为节省原料而消减剪力墙的原料配备，以免建筑落成之后出现严重的质量问题。在抗压抗震功能要求比较高的剪力墙使用中，要结合框架剪力墙具体情况，定期进行检查和维护。一旦发现剪力墙损伤或者质量问题，要及时上报，并采取相应措施。如果剪力墙有了局部轻微损伤，那么需要进行局部维护;如果出现了大范围的严重损伤，就应该立即停止使用，进行全面的修复甚至重建。

4 剪力墙的设计

4.1 结构选择

在剪力墙中，根据抗震强度需求和建筑形状的要求，剪力墙设计有不同的刚度和性能。强度最大的是墙面一体、没有任何开口的整体剪力墙。这种墙通常用钢筋混凝土构成，少

部分用预制模型现浇而成，具有很大的刚度，常用于大型建筑底部或抗震掩体以及银行防盗设施。这种整体墙也有显而易见的缺陷，即它的墙面没有开口，形式单一，外观装饰效果较差，而且不利于通风换气和采光，因此整体墙常用于生活功能要求较低的建筑。

如果在墙面上设有一些小开口，或者规则的小开口排列，就形成了小开口剪力墙。这种剪力墙与整体墙抗压能力没有太大差异，但是对现实建筑功能需要的适应性较好，可以应用于多种场景的建筑设计。如果开口更大更多，形成整排整列的窗口布局，就变成了框支剪力墙，这种剪力墙刚度和灵活性比较均衡，是最为常用的剪力墙结构，被广泛的应用在各种地址条件下的各类建筑中。

4.2 框架结合

在剪力墙的选择上，有很多标准，应该根据建筑地区实际地质环境情况和建筑功能需要综合考虑。对于高层建筑来说，因为建筑较高，楼层较多，相比之下建筑体呈细长状，一旦遇到地震等剧烈的地质变化，很容易发生倒坍损情况。由于高层建筑的特殊高度，在建筑整体发生摇晃时，会受到很大的水平力，这时候承重墙无法起到很大作用，需要合理设计剪力墙来承担水平压力。在剪力墙上加入框架结构，或者说在框架中设置剪力墙，可以构成新的框架剪力墙结构。在此结构中，框架本身并不承担主要抗水平压力的作用，而是和剪力墙配合，在整体上，尤其是对建筑的高层提供抗震保障。

4.3 多种设计结合

在高層大型建筑中，很少有单独使用一种剪力墙的情况，通常要多种剪力墙一起混合使用，发挥最好的抗压作用。比如，在一栋高层大厦中，整体可采用复式框架，依据框架在其中建造框架剪力墙。同时，在局部上，在建筑底部和地下室采用整体剪力墙，构造稳定的下部结构，增强底部的稳定性，为建筑提供良好的底部支撑。然后，在建筑的背面采用小开口剪力墙，在保证承重的同时，实现小范围灵活的建筑功能。如果大厦底部是沿街商铺，则可以采用框支墙结构，同时是注意与建筑的整体框架和剪力墙分布达成统一，以此增加剪力墙的功能设置。

在建筑高层区域，不宜采用过多的特殊设计，通常是沿用大厦整体的框架剪力墙设计，顶部做收束处理，保证建筑的整体性和高层区域的安全性和稳定性。同时，很多高层建筑的中层会有重力平衡装置，在框架和剪力墙设计中要与建筑的平衡装置相协调适应。同时建筑外层的外墙设置和可能存在的玻璃覆盖设计，也要考虑到框架剪力墙的承重能力和特殊载荷。

5 结语

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。

参考文献：

[1] 魏秀瑛，张同文.高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计[J] .城市建筑，2019 （12）：86～87.

[2] 赵琨.高层民用建筑剪力墙结构设计探讨[J].住宅与房地产，2018（6）：65.