高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨

文/ 唐光诚 中国建筑西南设计研究院 四川成都 610041

高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨

文/ 唐光诚 中国建筑西南设计研究院 四川成都 610041

在高层建筑中框架剪力墙结构是较为常见的结构。它的应用范围较为广泛，不仅能够使高层建筑更加稳定，而且还能增强其防震功能。但在施工过程中则要根据工程的具体特点进行设计。本文主要从框架剪力墙结构概述﹑高层建筑框架剪力墙设计及其应用以及对剪力墙结构进行计算﹑设计﹑优化的措施等方面对高层建筑框架剪力墙结构的相关问题进行了探讨。

高层建筑；框架剪力墙；结构设计；应用

随着我国城市可利用空间的不断减少，人们建造了越来越多的高层建筑，以达到扩大使用空间的目的。面对传统的混凝土结构以及砌体结构中表现出来的可利用空间不足以及建筑中存在的各种问题，使得人们加大了对高层建筑各种结构形式进行研究的力度。目前高层建筑的结构形式主要包括框架结构﹑框架—剪力墙结构及剪力墙结构等等。对于超高层建筑来说，还包括筒体结构以及框架—筒体结构等等。由于现代建筑的结构越来越复杂，人工计算已经不能满足结构设计及计算的需求，因此必须使用相关的工程软件进行计算。在进行结构设计时，首先要对结构的概念进行设计，其次通过计算机软件进行设计，最后对输出数据进行分析。

一、框架剪力墙结构概述

框架剪力墙结构也被称为框剪结构。这种结构的主要形式是将一定数量的剪力墙布置于框架结构中，平面布置非常灵活，形成自由灵活的使用空间，且可用空间较大，从而满足不同建筑对功能的要求。而且剪力墙的数量使得建筑有较大的侧向刚度，增加了建筑的稳定性，提高了其抗风能力以及抗震能力。

框架剪力墙结构是由框架结构和剪力墙结构这两种抗侧力结构不同的结构组成的新的受力形式，因此它的框架以及剪力墙都和单纯的框架结构以及剪力墙结构中的不同。在框剪结构中，在建筑物的下部楼层，剪力墙的位移较小，和框架共同按照弯曲型曲线进行变形，而大部分水平力由剪力墙承受；在上部楼层则刚好相反，剪力墙位移较大，有外侧的趋势，而框架的趋势则是内收，框架和剪力墙按照剪切型曲线进行变形。框架不但要承担外荷载产生的水平力，而且还要承受将剪力墙拉回的附加水平力。而剪力墙则不用承受荷载产生的水平力，而且还要承受负剪力。

二、高层建筑框架剪力墙设计及其应用

由于高层建筑的结构较为特殊，因此不但要保证建筑的可用空间，而且要保证建筑的稳定性以及防震抗灾能力。而框架结构就是一种稳定性较强且施工程序较为简单的结构。在高层建筑中进行框剪结构的设计和应用时，应注意以下两方面。

1.连梁的设计

连梁设计的主要问题是，首先，对混凝土材料的质量要求较高。连梁的设计及施工质量对整个框架结构的影响是比较大的，因此必须选择质量较高的混凝土材料。也就是说，要想使框剪结构的性能达到最佳，就必须对混凝土材料的质量进行严格控制。其次，控制剪力墙洞口宽度以及连梁高度。在连梁设计中，剪力墙洞口宽度是非常关键的环节。而且还要以刚度需求为依据，对设计标准进行提升。一般情况下，二者之间成反比关系。在连梁高度较低的情况下，洞口宽度就会较大。但只有在二者共同作用的情况下，建筑的整体抗震功能才能提高。再次，适当折减连梁的刚度，目的是降低裂缝出现的可能性。进行折减时，要从连梁的设计阶段开始，对每个参数的技术以及刚度问题进行计算。最后，对剪力墙的厚度进行不断调整。当对剪力墙的厚度进行调整时，也必须根据调整幅度对连梁进行调整。总而言之，在进行连梁设计时，需要对诸多问题进行考虑，使得剪力墙的结构能够得到保证，从而为后续工作奠定基础。

2.墙肢的设计

首先，对墙肢厚度进行控制。墙肢的厚度能够为剪力墙结构的性能产生较大影响，因此必须对其进行控制。其次，剪力墙的结构布置。采取双向布置的方式，使得建筑物的空间设计更加科学合理。而且，为了满足建筑物的防震性能，必须做到不将单向剪力墙设计应用于需要抗震设防的区域。此外，要保证剪力墙结构平面的分布较为均匀，使得刚度中心和建筑的质心相互重合或距离较近，从而达到减小扭转效应的目的。

三、对高层建筑框架剪力墙结构的计算以及设计进行优化的措施

1.剪力墙结构计算的优化

对剪力墙结构计算进行优化，一方面要遵循楼层最小剪力系数的调整原则。在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩小于或等于40%的要求下，尽可能使所布置的剪力墙的数量较小。以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层的最小剪力系数接近规范限制，这样就能有效减轻结构的自重，使得地震对建筑物的破坏力减小，而且能够降低工程施工成本。另一方面还要遵循楼层最大层间的最大位移与层高之比的调整原则。相关规范规定在计算多地震楼层作用时楼层的最大层间位移时，以楼间的弯曲变形为主，并将其计入扭曲变形的范围，可不用扣除结构整体弯曲变形，因此应该尽可能的降低高层建筑的扭转变形。但也不能仅以这些层间位移为依据，还应该以其他数据为参考。

2.剪力墙结构设计的优化

一方面，剪力墙墙肢的截面应该简单且规则。剪力墙的竖向刚度要做到均匀，门窗洞口应该做到上下对齐，使得墙肢和连梁较为明确。而且应力分布也要做到规则，要与当前应用较为广泛的计算简图符合，保证设计结果的安全可靠。另一方面，剪力墙的特点是平面内的刚度以及承重力都较大，而平面外的则都较小。因此应该对剪力墙平面外的弯矩进行控制，使得剪力墙平面外保持稳定。

结束语：

综上所述，高层建筑框架剪力墙结构的作用是非常明显的，它一方面具有增大建筑物的可用空间，另一方面提高建筑物的稳定性和防震抗灾能力的优势，因此对建筑物的性能能够产生重大影响。因此在现代城市的高层建筑中，要对框剪结构进行有针对性的应用。而在框剪结构的计算及设计过程当中，要对各项数据及技术进行严格把控，尤其是对可能会对建筑的性能产生重大影响的环节，更是要多加计算和考虑，从而保证高层建筑的功能和性能都满足人们的实际需要。

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