高层建筑工程框支剪力墙结构设计

杨东梁

摘要：文章主要就高层建筑工程框支剪力墙结构设计进行分析。

关键词：高层建筑工程；框支剪力墙；结构设计

前言

现如今，随着社会经济的快速发展以及城市化建设的不断加快，使得我国建筑工程取得不断发展。在城市中，高层建筑工程越来越多，并且结构形式复杂、功能多样化。在建筑结构中，框支剪力墙结构是当前应用较为广泛的结构形式。基于此，下文对其要点进行探析

一、框支剪力墙的类型

框支剪力墙类型有很多种，下面就其分类进行简析：

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。

二、转换层在建筑工程中的应用

目前，建筑为了满足多方面的需要，一般具有多种功能，对其综合用途也提出了更高的要求。从建筑的使用功能来看，通常在中上层设计小开间，而在下层部位设置大开间。但从结构的布置角度来看，二者的情况却恰好相反，为了使建筑实现相应的功能，在布置方面就必须采用与常规相反的形式。因此，强度较弱的框架柱往往布置在下层，上层则布置刚度较大的剪力墙。这样一来，就必须要设置相应的转换机构来对两种不同的结构进行衔接，同时传递两者之间的内力，这就是转换层应发挥的的作用。在上部剪力墙转换为下部建筑框架的过程中，转换层发挥了重要的作用，它可以为建筑物的底部创造出较大的内部自由空间。在高层建筑中，转换层的位置决定着建筑的抗震能力，其位置宜低不宜高。大量的工程实践证明，当转换层位置较高时，容易使框支剪力墙结构上下内力的传递路线发生突变，随之会产生较大的刚度变化。而且转换层位置越高，落地剪力墙或筒体就越容易出现裂缝，从而进一步增大框支柱的内力，对转换层上部墙体造成破坏，这不符合基本的抗震设计理念。因此，如果必须要采用高位转换，应对转换层以下框支结构的等效刚度进行严格的控制。

三、高层建筑工程中框支剪力墙结构设计的要点

在对墙进行设计时，必须从施工的实际要求出发，充分考虑水平和竖向方向的受力，对于受力大的部位，除了要加大支撑效果之外，还要对其整体结构进行分析。分析之后所求得的受力，应按偏拉或偏压进行正截面承载力和斜截面受剪承载力的验算，如果出现集中荷载较大的情况，就需要对局部受压承载力进行验算。此外，在计算剪力墙承载力的时候，对带翼墙的宽度计算也要给予必要的重视，要按照相关要求选取一个较为适当的值，通常取以下几个方面的值： 其一，翼缘宽度；其二，剪力墙之间的间距；其三，剪力墙加两侧翼墙厚度；其四，剪力墙墙肢的总高度。

1.对剪重比进行合理设计

在抗震设计比中，剪重比是一个非常重要的参数，在高层建筑框支剪力墙结构的设计中更是如此。剪重比是否合理、规范，对剪力墙来说具有十分重要的意义。如果剪力墙结构的设计周期比较长，它将会受到地面位移及加速度变化的破坏，而传统的振型分解法又难以作出准确的计算。由于地震影响系数往往波动很大而且下降较快，在长期的作用下给选值增加了难度，由此计算出来的结构效应可能不符合实际情况。因此，在建筑框支剪力墙结构设计中，必须要与各楼层水平地震力确定其最小值，满足了該最小值才能符合安全方面的要求。如果满足不了，则应进行及时的调整。

2.刚重比的设计

刚重比设计与剪力墙结构的整体稳定性息息相关，刚重比是结构刚度与重力荷载之比，也是重力二阶效的主要参数。在建筑框支剪力墙结构设计中必须要重视刚重比的设计，使其满足建筑结构设计的相关要求。如果出现设计不合格的情况，有可能会引起结构失稳甚至倒塌。此外，在计算建筑框支剪力墙结构的时候应符合相关规定，结合工程的实际情况对每层刚重比进行设计。

四、梁式转换层的结构设计

1.确定抗震等级

在高层建筑结构中，框架-剪力墙结构位于转换层以下，纯剪力墙结构则在转换层以上。因此，应按照现行规范确定其抗震等级，同时有针对性地确定结构体系中不同结构构件的抗震等级。按照相关规定，在三层或三层以上设置转换层的时候，剪力底部加强部位、框支柱抗震等级应在规定的基础上提高一级，为剪力墙结构提供横向抗剪的同时，还能提高墙体结构的稳定性、防止砼出现裂缝。除此之外，还可以防止墙体在出现斜裂缝后发生脆性剪切破坏。因此，在建筑剪力墙体结构设计中，应适当增加水平筋，在温度、刚度变化或连梁等敏感部位更应如此，这样才能满足建筑框支剪力墙结构设计的稳定性要求。

2.结构竖向布置

在结构竖向布置时，应尽可能使侧向刚度保持下大上小，还应采取措施避免刚度发生突变。不过，带转换层的结构除外。由于高层建筑属于高位转换，应使其转换层上下等效侧向刚度比接近于1。在设计过程中，应把握以下几个方面的原则： 强化下部，弱化上部，避免出现薄弱层。与此同时，还应减小上部剪力墙的厚度，适当加大底部剪力墙的厚度。

3.结构平面布局

在建筑框支剪力墙结构设计工程中，框架-剪力墙结构位于底部，其复杂多变，外形也不规则；除核心筒外，剪力墙应尽量沿周边布置，并且保持均匀、分散，以增强抗扭效果。同时，要将各层最大水平位移与层间位移比值控制在1.4以内，以满足平面布置及控制扭转的要求，进一步提高抗扭效果。

五、设计体会

在建筑框支剪力墙结构设计工程中，通过分析和研究，我们总结出以下几点体会： 第一，在复杂体系建筑结构设计中，概念设计是关键。在进行结构方案设计时，应充分认识结构体系的特点，有针对性的对结构薄弱层或薄弱部位及抗震设计缺陷进行宏观的把握。在设计中要充分发挥工程设计软件的作用，进行正确的建模和对比试算，最后制定科学、完善、合理的结构方案。第二，在设计中，应针对框支剪力墙结构体系的抗震性能进行重点把握，其中转换层是重中之重。第三，如果框支剪力墙结构为主一裙楼形式，应对结构扭转效应给予必要的重视。在外伸裙楼远离平面质心的角部必须要布置L型抗扭剪力墙。同时，对主一裙楼连接处应布置剪力墙进行适度加强。第四，转换梁的受力状态与上部墙体分布形式以及梁支座的约束情况有着很直接的关系。当支座约束较强时，梁为偏心受拉构件，对于抬小墙肢或梁抬柱等情况，转换梁可为全跨偏心受压。

结语

综上，文章主要探析了高层建筑工程框支剪力墙结构设计的要点，总之，现如今随着我国城市化进程的进一步推进，作为建筑工程设计的重要组成部分，建筑结构设计日益引起了人们的重视。在实际工程结构设计中，应根据工程的具体情况进行分析，同时，还要注意框支梁框支柱配筋的特殊性，充分发挥工程设计软件在建模和分析方面的优势，对不同方案进行比较研究，制定科学、完善、合理的框支剪力墙结构设计方案，为切实提高建筑工程的施工质量提供保障。

参考文献：

[1]祝金标.浅析高层建筑框支剪力墙结构的设计[J].城市建设理论研究（电子版）.2012.

[2]王想花.高层建筑工程的框支剪力墙结构设计探究[J].江西建材，2013.