高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

王成偉

摘要：剪力墻框架結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)在性能上更具優(yōu)勢，另外剪力墻框架結(jié)構(gòu)的靈活性很好，可以為業(yè)主提供更多的裝修和改造空間。本文概述了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以為設(shè)計(jì)人員提供一些可行的建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；框架剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU973.16文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-154-02

前言

高層建筑雖然在一定程度上緩解了住宅土地緊張的情況，但一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)發(fā)生重大事件，高層住宅建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系的水平?jīng)Q定了建筑物的經(jīng)濟(jì)性能與安全性能，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要根據(jù)相關(guān)要求和專業(yè)知識，優(yōu)化高層結(jié)構(gòu)體系。

1.框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

高層建筑相比普通建筑，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，框架剪力墻結(jié)構(gòu)有效結(jié)合框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使其在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，要同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的受力，穩(wěn)定性以及工程造價(jià)，這樣才會(huì)使框架剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化真正兼具經(jīng)濟(jì)性與使用性。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要特別注意抵抗水平荷載的作用力，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中抵抗側(cè)力的主要是剪力墻，所以剪力墻剛度對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化具有重要的意義，在高層建筑具體設(shè)計(jì)，施工中，一定要保證剪力墻的合理剛度。

2.高層建筑框架剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1連梁設(shè)計(jì)

第一，對于施工中使用的材料嚴(yán)格要求，尤其是混凝土。因?yàn)檫B梁的部分從設(shè)計(jì)到施工對于建筑的框架都有影響，因此要求建筑的框剪能力符合規(guī)定，只有框剪能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，才能滿足施工的要求。因此在提高建筑框架的框剪能力時(shí)，就要從建筑的材料出發(fā)。通過加強(qiáng)混凝土的等級，使其性能提高，從而保證連梁具有抗剪能力。因此不完善的設(shè)計(jì)會(huì)讓混凝土在施工的時(shí)候有安全隱患，出現(xiàn)裂縫這樣的問題，因此要在混凝土的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，保證合理性。而建筑結(jié)構(gòu)在后期施工的時(shí)候，也要對結(jié)構(gòu)維護(hù)，并且要保證維護(hù)的效果。

第二，要控制連梁的高度，同時(shí)還要讓洞口的寬度合理，對建筑連梁的設(shè)計(jì)主要就是設(shè)計(jì)剪力墻的洞口寬度，而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要以連梁的強(qiáng)度以基準(zhǔn)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。不能忽視的是在對連梁設(shè)計(jì)的同時(shí)，也要控制連梁、洞口等相關(guān)的數(shù)據(jù)。一般來說，連梁和洞口的關(guān)系是反比例。當(dāng)連梁的高度降低，其跨度就會(huì)增加。而建筑的抗震性，需要兩者的共同合作。因此在保證建筑的抗震性上，要從連梁以及洞口的角度出發(fā)。

第三，要想保證建筑中出現(xiàn)的裂縫少，那么就要折減連梁的剛度。如果連梁被折減，那么連梁的剛度被分散，這樣建筑的裂縫就減少。在折減連梁上要從設(shè)計(jì)階段開始，然后計(jì)算連梁的剛度以及其他的參數(shù)等，同時(shí)還要知道涉及的技術(shù)問題。此外要對建筑的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合理的設(shè)計(jì)，保證建筑中的構(gòu)件功能具有較高的形式，使建筑的構(gòu)件具有彈性，而且彈性力較強(qiáng)。在控制連梁剛度上不僅僅是為了讓建筑有抗震性，更是因?yàn)榧袅Φ慕Y(jié)構(gòu)很特殊，為了能夠讓結(jié)果具有一定的效果，需要通過對建筑結(jié)構(gòu)配筋來實(shí)現(xiàn)。此外在判斷結(jié)構(gòu)的方向是橫向還是豎向的時(shí)候，要將連梁內(nèi)部的作用力轉(zhuǎn)移，將力度有外部傳導(dǎo)內(nèi)部，以此降低連梁的開裂影響。

第四，不斷的調(diào)整剪力墻厚度，在設(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，要注意剪力墻的厚度，同時(shí)根據(jù)要求調(diào)整剪力墻的厚度。如果要求建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻具有超高的厚度，在保證建筑具有穩(wěn)定性的前提下，將剪力墻的厚度提高?？偠灾谠O(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，涉及到的問題較多，而且需要解決的問題也不少。一些問題涉及的范圍很廣，不單單是要保證連梁的剛度，還要讓連梁具有抗震性，同時(shí)也有抗剪性。當(dāng)建筑剪力墻能夠滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，后續(xù)的施工就更容易。

2.2墻肢設(shè)計(jì)

第一，墻肢的厚度與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定緊密結(jié)合，而且其厚度還影響著建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，正是因?yàn)閴χ闹匾裕虼诵枰茖W(xué)的控制墻肢。總體來說，在設(shè)計(jì)建筑墻肢厚度的時(shí)候，要與國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相符，而且還要按照流程工作。可是在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，會(huì)出現(xiàn)一些問題而使墻肢的厚度出現(xiàn)偏差。盡管高層建筑的規(guī)模大，而且高度很高，但是高層建筑也是住宅建筑的一種，因此高層建筑的墻肢，設(shè)計(jì)中的厚度要與實(shí)際工程中的厚度相同。一般規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的厚度是在200mm內(nèi)。一般來說，高層建筑都有地下室，但是也有特殊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)建筑中沒有地下室，那么就要重視建筑中的結(jié)構(gòu)，用結(jié)構(gòu)來保證建筑的穩(wěn)定。在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要綜合分析一切影響因素，使其在施工的時(shí)候，能夠控制，而且要知道存在的問題，這樣能夠讓設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更合理。通過使用的結(jié)構(gòu)方案是一字型。

第二，剪力墻的結(jié)構(gòu)布置，隨著建筑越來越高，建筑的綜合性能也日漸提升，因此，建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)該使得建筑具有很好的空間工作性能。因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)候，應(yīng)該采用雙向布置，科學(xué)合理的構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的空間性能。同時(shí)，由于對建筑的抗震性能有了更高的要求，因此，在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)候，嚴(yán)禁在需要抗震設(shè)防區(qū)域使用單向剪力墻設(shè)計(jì)。在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，要保證平面均勻分布，剛度中心要和建筑的整體質(zhì)心相重合或者是盡量靠近，如此可以很大程度上減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

3.框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1剪重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

剪重比是建筑抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，對于高層建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說剪重比更加重要，因?yàn)榧糁乇葘τ诩袅哂兄匾囊饬x。如果剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期比較長，加速度變化以及地面位移對其影響就比較大，但是，現(xiàn)實(shí)中很難準(zhǔn)確計(jì)算傳統(tǒng)振型的分解法，因?yàn)榈卣鹩绊懴禂?shù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，長期作用會(huì)給選值帶來很大影響，使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不相符。因此在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，確定剪重比時(shí)，一定要與各樓層的水平地震力相比取其最小值，因?yàn)榧糁乇冗_(dá)到最小，才能滿足高層建筑安全方面的要求。

3.2剛重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剛重比與剪重比一樣具有重要的意義，因?yàn)閯傊乇燃戎苯臃磻?yīng)建筑結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比，又是框架剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要保障，因此，高層建筑技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照建筑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定剛重比。同時(shí)，高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要結(jié)合工程實(shí)際情況以及工程施工標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能保證剛重比的設(shè)計(jì)合理。

3.3框架剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能設(shè)計(jì)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)包含框架和剪力墻這兩種結(jié)構(gòu)，只有兩者合理布置才能發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得框架剪力墻結(jié)構(gòu)有較大的抗側(cè)剛度，側(cè)向變形在剪切變形之間，能夠有效降低樓層變化產(chǎn)生的位移變化，更容易獲得較大空間。

（1）框架剪力墻結(jié)構(gòu)相比單獨(dú)的框架結(jié)構(gòu)，對梁。柱節(jié)點(diǎn)要求比較低?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中剪力墻是重要的組成部分，所以結(jié)構(gòu)中的梁縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)錨固要求較低，與框架結(jié)構(gòu)要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墻結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向，但并不是兩個(gè)主軸方向上的作用力都會(huì)達(dá)到最大值。正交作用在豎向抗震構(gòu)件中作用明顯，所以框架結(jié)構(gòu)需要在節(jié)點(diǎn)核心位置設(shè)置足夠的箍筋，框架剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)榇嬖谳^多剪力墻，不用考慮正交作用的影響。

（2）在框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高度方向上，如果存在結(jié)構(gòu)不一致，有超強(qiáng)部位，也有軟弱的位置，在抗震作用下，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)曲率延性集中在結(jié)構(gòu)比較軟弱的位置，這樣會(huì)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。原因就在于軟弱的位置因?yàn)樽饔昧Τ霈F(xiàn)很大的非彈性變形，但是其他位置仍舊處于彈性階段，所以，框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要重視剪力墻高度的連續(xù)性。同時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的承載力部分一定要盡量保持截面設(shè)計(jì)的承載力和地震反應(yīng)相適應(yīng)。剪力墻對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)具有重要的意義，所以要注意剪力墻的延性設(shè)計(jì)，雙肢剪力墻的延性相對較好，其各層連接梁能夠形成塑性鉸，這樣就能夠有效的吸能。耗能，提高剪力墻延性，延緩底層墻鉸產(chǎn)生。

（3）框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，深連梁剪力比較大，但是延性比較低，沒辦法與整體結(jié)構(gòu)的延性保持一致。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該限制剪力墻延性，有時(shí)為了能在彈性階段吸掉大部分能量，就需要提高剪力墻承載力，但是這種方法存在的問題就是會(huì)提高工程造價(jià)，為了避免工程造價(jià)過高，可以采用雙連梁，這種方案可以有效改善連梁的受力。設(shè)計(jì)過程中通常采用雙連梁剪力墻設(shè)計(jì)方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于降低連梁剛度，同時(shí)還可以有效降低截面承載的彎矩以及剪力，從而改善連梁受力性能，這樣就不會(huì)發(fā)生連梁截面超筋的現(xiàn)象。除此之外，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中把雙連梁和其他不同類型的連梁超筋方案進(jìn)行有效結(jié)合，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)受剪面積不變，但是連梁與剪力墻兩者的受力得到改善的目標(biāo)。

4.結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工日漸成熟，但是隨著人們對建筑功能要求的提高，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要及時(shí)改進(jìn)。把高層建筑的安全性、抗震性作為施工中應(yīng)該時(shí)刻遵守的原則，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性提供保障，促進(jìn)高層建筑的質(zhì)量提高。