高层建筑工程框支剪力墙结构设计

■梁 睿 ■厦门市集美建筑设计院，福建 厦门 361000

1 工程概况

厦门火车新站5 号地块安置房，包括地下室、1 层裙楼和地上19 层住宅塔楼。由于住宅部分不希望有较大的柱截面，因而结构设计采用了底部大空间框支剪力墙，上部为剪力墙的结构体系来满足建筑功能要求。

2 框支剪力墙结构概述

2.1 框支剪力墙的类型

(1)整截面墙。整截面墙是不开洞或开洞面积不大于15%的整截面剪力墙。其受力特点为整体悬臂墙，弯矩图既不突变也无反弯点。其变形特点为弯曲型变形。

(2)整体小开口墙。整体小开口墙为开洞面积大于15%但仍较小的墙。其受力特点为弯矩图在连系梁处发生突变，但在整个墙肢高度上没有或仅在个别楼层中才出现反弯点。其变形特点为以弯曲型为主

(3)双肢墙及多肢墙。双肢墙及多肢墙为开洞较大、洞口成列布置的墙。其受力特点为与整体小开口墙相似。其变形特点为以弯曲型为主。

(4)壁式框支。壁式框支为开洞尺寸大、连梁线刚度大于或接近墙肢线刚度的墙。其受力特点为弯矩图在楼层处有突变，在大多数楼层中都出现反弯点。其变形特点为以剪切型为主。

2.2 框支剪力墙变形受力特点

(1)对于纯剪力墙结构，刚性结构，变形为弯曲变形为主，内力按等效刚度比例分配。对于纯框支，柔性结构，变形以剪切变形为主，楼层剪力按柱的抗侧刚度D 比例分配;对于框支—剪力墙结构，中等刚度，框支和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，使它们的水平位移协调一致，不能各自变形，变形为反S 形或弯剪型。(2)框支剪力墙层间位移最大值发生在(0.4～0.8)H 范围内。(3)在水平力作用下，框支剪力墙的框支上下各层剪力取用值比较接近。(4)框支剪力墙具有多道抗震防线，是一种抗震性能良好的结构体系。

3 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置

3.1 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置原则

框支一剪力墙结构中剪力墙的布置原则一般为“均匀、分散、对称、周边”。宜符合下列要求:一是剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大;二是平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;三是纵横剪力墙宜组成L 形、T 形等型式;四是单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的30%;五是剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变;剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐;六是楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;七是抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

3.2 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置要点

(1)剪力墙墙肢截面宜简单、规则、剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。(2)为了避免剪力墙脆性破坏，较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。(3)剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。(4)应控制剪力墙平面外的弯矩，以保证剪力墙平面外的稳定性。其中，需要注意如下几点:一是沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩;二是当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱;三是当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置暗柱，并宜按计算确定配筋;四是必要时，剪力墙内可设置型钢，需要说明的是不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。

4 高层建筑工程的框支剪力墙结构设计要点

4.1 计算假定及荷载分配

(1)计算基本假定:①一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略;②楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略。

(2)竖向荷载分配。剪力墙所承受的竖向荷载，一般是结构自重和楼面荷载，通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁(门窗洞口上的梁)内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。按每片墙的承荷面积计算它的荷载。

(3)水平荷载分配。总水平荷载按各片剪力墙刚度分配到每片墙，然后分片计算剪力墙的内力。

4.2 剪力墙正截面承载力计算

一级抗震等级的剪力墙，应控制塑性铰出现部位，对一级抗震等级的剪力墙的设计弯矩包络线作了近似的规定:一是底部加强部位及其上一层应按墙底截面组合弯矩计算值采用;二是其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的1.2 倍采用。

4.3 剪力墙斜截面承载力计算

一、二、三级抗震等级剪力墙底部加强部位都可用调整系数增大其剪力设计值，四级抗震等级及无地震作用组合时可不调整。具体的计算公式如下:

V=ηVWVW

式中:V—考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加强部位截面的剪力设计值;Vw—考虑地震作用组合的剪力墙墙肢加强部位截面的剪力计算值;ηvw—剪力增大系数，一级1.6，二级1.4，三级1.2。

4.4 连梁设计

(1)连梁的破坏形态:①弯曲破坏。连梁跨高比较大时，连梁以受弯为主，梁端可能出现塑性铰，最后弯曲破坏;②剪切破坏。连梁跨高比不大(lb/hb≤2)，除梁端容易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，出现剪切破坏，也可能是弯曲屈服以后的剪切破坏。

(2)连梁受力和变形特点:①受力特点。剪力墙中的连梁通常跨度较小而梁高较大，连梁跨高比可能小于2.5，有时接近1。连梁在竖向荷载作用下产生的弯矩与剪力不大，在水平荷载下它与墙肢相互作用产生的约束弯矩与剪力较大，约束弯矩和剪力在梁两端方向相反;②变形特点。反弯作用使梁产生很大剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝。反复荷载作用下易形成交叉裂缝，使混凝土酥裂，导致剪切破坏，延性较差。

(3)连梁内力设计值:①弯矩设计值。小震作用下的内力和位移计算时，通过折减连梁的刚度，使连梁的弯矩、剪力值减小。设防烈度为6、7 度时，折减系数不小于0.7;8、9 度时，折减系数不小于0.5。按连梁弹性刚度计算内力和位移，将弯矩组合值乘以折减系数。设防烈度为6、7 度时，折减系数不小于0.8;8、9 度时，折减系数不小于0.5。用这种方法时应适当增加其它连梁的弯矩设计值，以补偿静力平衡;②剪力设计值。非抗震设计及四级剪力墙的连梁，取最不利组合的剪力计算值作为其剪力设计值。一、二、三级剪力墙的连梁，按强剪弱弯要求调整连梁梁端截面组合的剪力计算值，调整后的剪力作为设计值。

5 结语

当前高层建筑工程施工中的框支剪力墙结构底部有较大空间，便于建筑功能的利用，但是在结构受力方面还存在诸多缺点，需要采取相应的措施予以解决，这样才能更好的发挥框支剪力墙结构的建筑设计功效。

［1］刘丽秀.高层建筑框支剪力墙结构设计分析［J］.建筑结构，2010(15).

［2］杜勇.南京市某高层商住楼框支剪力墙结构设计［J］.建筑科学，2011(08).