高层框架-剪力墙结构设计

2021-07-31唐招净吕元星

工程技术研究 2021年11期

唐招净，吕元星

河北寰球工程有限公司，河北保定 072754

随着科学技术的进步，人们对建筑外观的要求也越来越高，对于高层建筑结构体系，框架-剪力墙结构是最经济合理的，但是在现实的生活中，框架-剪力墙结构设计存在较多问题，这些问题会直接导致该高层建筑在进行建设时存在质量问题，因此必须采取相应措施改善框架-剪力墙结构设计中的问题，提高高层建筑的整体施工质量。

1 高层框架-剪力墙结构受力特点

剪力墙又称抗风墙或隔震墙，主要作用是在房屋建筑中承受风荷载或地震作用引起的水平荷载，防止结构剪切破坏，可分为平面剪力墙和立体剪力墙，一般用钢筋混凝土和现浇钢筋混凝土筑成。框架结构由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载，结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用。框架-剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成的受力形式。其通过楼板协调变形共同抵抗竖向荷载及水平荷载，框架与剪力墙相互作用，使整个框架-剪力墙结构更加稳固，剪力墙结构体系如图1所示。

图1 剪力墙结构体系

对比框架与剪力墙结构，框架结构虽然布置比较灵活，可以形成较大的空间，但抵抗水平荷载的能力较差；剪力墙虽然整体性能较好，但不能提供大空间结构，将框架与剪力墙结合起来，取长补短，可以在某框架柱间布置剪力墙，形成承载能力较大、建筑布置又较灵活的结构体系。在这种结构中，框架和剪力墙是协同工作的，框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。在抗震设计中，该结构具有较好的延性和耗能能力，剪力墙作为结构第一道防线，框架作为第二道防线，是一种比较理想的结构形式。

2 高层框架-剪力墙设计

高层框架-剪力墙设计主要包括连梁设计、框架剪力墙的墙肢设计、框架剪力墙结构设计优化以及框架剪力墙结构建筑放线测量技术。

2.1 连梁设计

在进行结构设计时，要特别注意连梁超限问题，需控制连梁的跨高比，一般将连梁的跨高比值控制在2.5～5，除了要确保连梁能够承受自身的内外荷载，还需要做好结构体系在风荷载以及地震作用下的耗能处理，确保抗震设计中连梁可作为结构体系的首要防线。连梁对结构的抗震性能以及建筑物的正常使用具有重大影响，连梁的具体设计方法如下：

（1）利用刚度折减系数对连梁弯矩以及剪力进行综合塑形调整，其中塑形调幅有两种方法，一是可在内力信息计算中将连梁刚度进行折减，二是在内力计算后将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法都可以减小连梁的内力以及配筋值，确保连梁弯矩设计值降低后，可增加其余部分的弯矩设计值，避免正常情况下地震发生后连梁出现裂缝。

（2）增加洞口宽度，降低连梁高度。该方法是为了减小连梁的刚度，降低地震作用对连梁的信息影响，以减小连梁的剪力。

（3）增加混凝土强度。提升混凝土强度等级后，其弹性模量会随之增加，当弹性模量的比例小于混凝土所承受的剪力承载力提升比例时，很有可能会使得连梁的受剪承载力超过限制，这样便达不到预期的设计效果。

（4）增加结构刚度。为进一步增加连梁的强度，需要根据实际情况做好连梁的截面宽度设计，增加整体结构的刚度，增强结构的安全性和稳定性，使得连梁的受剪承载力和梁宽值成正比，以满足连梁的结构刚度以及承载力。为尽可能地避免连梁不抵抗平面外的弯矩，楼面的主梁不应该直接支撑在连梁上，这样可以避免连梁出现明显缝隙。在楼面的连梁支撑过程中，其端点部位需要按照铰接进行处理。连梁结构图如图2所示。

图2 连梁结构图

2.2 框架剪力墙的墙肢设计

除了对框架-剪力墙的连梁进行合理设计，还需对墙肢进行合理设计，因为在整个结构中，墙肢也是很重要的支撑构件，在具体设计时，需要对墙肢的厚度进行控制。一般高层建筑的墙肢厚度不会超过200mm，但是如果高层建筑有特殊要求，墙肢的厚度可以适当进行调整。当建筑物高度增加时，墙肢的厚度也需进行调整，并且在设计框架-剪力墙结构时，剪力墙要双向布置，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并使两个方向的抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期接近。

2.3 数据优化

在设计框架-剪力墙结构时，还需要对剪力墙中的各种数据进行优化，尤其是剪力墙的数量及厚度。对于高层住宅而言，底部的剪力墙的数量不能太多，在具体设计时，会减少上部剪力墙的数量，但是这样设计会减弱结构的抗震效果，因此在进行整体布局设计时，需要确保剪力墙的数量和厚度的合理性，只有将其数量控制在一定的范围内，才能保证结构的抗震性。

3 框架-剪力墙结构建筑放线测量

在框架-剪力墙结构施工前，需要对高层建筑施工进行放线测量，这就需要以建筑设计图纸为测量基础，将施工现场的有关标准落到实处，并利用先进的放线测量仪器对建筑工程开展放线测量作业。一般在框架-剪力墙结构建筑施工放线测量过程中，测量仪器常采用全站仪，在具体的放线过程中，测量人员需要对建筑工程的轴线控制网进行控制，并要时刻根据施工现场的实际情况进行调整，反复审核测量结果，保证框架-剪力墙结构建筑放线测量结构的准确性。