高层结构设计中框架剪力墙应用分析

2021-11-23黄峰

商品与质量 2021年4期

关键词：剪力墙受力荷载

黄峰

中哲国际工程设计有限公司江苏南京 210000

高层建筑是建筑行业发展的重要趋势，其在缓解城市住房压力上起到至关重要的作用。科学合理的开展高层建筑结构设计，能为建筑后期施工和应用创造有利条件。现阶段，框架剪力墙在高层建筑结构设计中的应用加多，有必要进行其设计要点的进一步把控和优化。

1 高层建筑框架剪力墙结构的受力特征

高层建筑框架剪力墙结构设计应用中，受建筑自身结构体系的作用，其会受到多种作用力的综合影响，对在建筑结构设计中，还需从变形协调和受力状态两个方面进行框架剪力墙结构受力特征的分析。

剪力墙框架结构应用中，剪力墙体系的构建是整个框架形变约束的核心，在出现重力荷载、风荷载等较大应力时，大多水平力条件都会落实在剪力墙体系内部，这使得在逐步升高的楼层内形成了剪切曲线变形协调的条件，有效地优化了建筑的变形协调能力，提升了高层建筑整体的稳定性。而从受力状态来看，在高层建筑中，框架剪力墙之间存在一定的拉力，当建筑受到外力而产生变形时，这种拉力会实现建筑受力变形量的有效约束，受此影响，建筑整体应力分配环境更加稳定。值得注意的是，高层建筑结构受顶端外荷载压力租用，而通过框架剪力墙结构特性，能进一步巩固框架结构顶端外荷载压力，并实现水平荷载力的分担，这种受力特征确保了高层建筑受力环境的稳定性，有效地提升了高层建筑的整体性、安全性和耐久性，避免了重大工程事故的发生[1]。

2 高层建筑结构设计中框架剪力墙应用内容

2.1 结构层设计

竖向结构、平面结构、转换层结构是高层建筑框架剪力墙结构层设计的三个重要内容[2]。开展竖向结构层布置设计中，需考虑地震因素对高层建筑的影响，要有效预防竖向刚度突变的情况。值得注意的是，高层建筑存在功能分区情况，这要求对转换层的竖向荷载条件进行精确管理，即应尽可能地避免提供简单的反应平台，避免结构受环境影响，成为应避免在支柱上设置门洞，防止因荷载过大造成结构不稳问题。在平面层结构布置中，首先应考虑建筑的使用功能，其次应尽可能地使得建筑平面整体结构环境对策，此外，应有效地降低建筑中心的偏差值，避免建筑受特殊外力影响。高层建筑功空间存在一定的差异性，转换层能为高层建筑的使用提供一定的转换空间，在转换层结构设计中，不仅要考虑高层建筑自身荷载的复杂性，而且需确保上下层结构材料和荷载协调统一，此外应重视转化层的刚性加强处理，确保结构整体稳定、安全。

2.2 连梁设计

连梁是高层建筑框架剪力墙结构设计的重要内容，开展高层建筑连梁设计需考虑以下要素：其一，混凝土材料是高层建筑连梁施工的常用材料，其直接关系着连梁的荷载承受能力，对此，进行混凝土材料选择、应用设计是连梁设计的基础，应确保混凝土材料等级、配比满足框架剪力墙荷载承受需要。其二，开展连梁高度设计时，一方面，需考虑连梁强度因素，为高度和宽度设计提供支撑；另一方面，对于连梁高度、宽度的设计，应考虑其与建筑抗震能力之间的关系，避免连梁设计影响建筑物的整体抗震能力。其三，连梁的刚度设计不合理，框架剪力墙高层建筑发生裂缝的概率会增大，对此应进行梁刚度折减，通过折减实现刚度的有效分散，继而在提升建筑防震能力的同时，减少梁体开裂问题。其四，开展连梁设计应考虑剪力墙厚度因素，尤其是当遇到超厚剪力墙时，应对连梁结构做适当调整。

2.3 墙肢设计

框架剪力墙高层建筑的墙肢设计应遵循两个要求：一是墙肢的厚度与建筑结构的稳定要紧密结合，通常，需将墙肢的厚度控制在200mm 以内，避免建筑墙肢厚度出现较大偏差，影响建筑结构稳定性。二是对于墙肢的设计还需要考虑剪力墙结构。现阶段，在剪力墙结构设计中，通常会采用双向布置的方式来进行建筑空间性能优化。值得注意的是，严禁在需要抗震设防区域使用单向剪力墙，并且要求保证剪力墙的刚度中心与建筑整体质心相重合或靠近，以此来实现扭转效应控制。

3 高层建筑框架剪力墙结构设计中的注意实现

3.1 注意楼层最小剪力系数调整

高层建筑剪力墙结构设计中，要求科学进行短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩设计，确保其不超过结构总底部地震倾覆力矩的40%。并且在满足这一条件后，还确定大开间的剪力墙布置目标，应尽可能地减少剪力墙布置，这样能起到减轻框架剪力墙自重、降低工程造价的目的。

3.2 调整楼层最大层间位移与层高比

当高层建筑建设区域受地震作用明显时，在开展框架剪力墙结构设计中，就必须考虑楼层最大层间位移的变化情况。对于该要素的设计，需将楼间弯曲变形作为设计重点，并将变形量进入到扭转变形当中，在计算时，可不扣除结构整体弯曲变形；因此在结构设计中，应尽可能地使得高层建筑扭转边形处于最小值。值得注意的是，仅依据这些要素开展剪力墙设计的条件尚不充分，故而应不断地增加竖向构件的刚度。

新时期，框架剪力墙结构在高层建筑中的应用不断能深入，要提升框架剪力墙结构设计质量，在实际设计中，还需要对框架梁的支座进行有效计算，确保梁柱条件与外柱嵌固、与墙体交接。同时应重视建筑顶层配筋设计，如在抗震设计中，剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率均不得低于0．25%。此外，考虑柱体和外部荷载等因素，最大限度地优化框架剪力墙结构设计水平，巩固建筑整体质量。