高层建筑框架剪力墙结构设计初探

陈 浩

杭州施朗建筑设计咨询有限公司

高层建筑框架剪力墙结构设计初探

陈 浩

杭州施朗建筑设计咨询有限公司

本文从剪力墙的分类出发，分析了框架-剪力墙结构中剪力墙设计，并对高层建筑中框架剪力墙设计的运用进行了探讨，以供参考。

高层建筑；剪力墙结构设计；应用

前言

目前在建筑工程中，尤其是现代高层商业、办公以及住宅建筑中，框架-剪力墙结构形式的应用十分普遍。该结构形式能够为建筑平面提供较大的使用空间，同时借助剪力墙形式来提高建筑物的抗剪以及抗横向弯矩的能力，因此探究高层建筑中框架-剪力墙结构设计极为必要。

1 剪力墙的分类

不同的剪力墙，其分类标准也是不相同的，剪力墙可以根据开口的大小以及数量等多方面的因素进行划分，例如壁式的剪力墙框架、整截面墙以及独立悬臂墙等，共有五种主要的分类。剪力墙的整体系数与梁、肢等具有密切的联系，其数值越小，后者越弱，所以在进行设计的过程中，需要对剪力墙的相关系数进行严格的设计。通常情况下，剪力墙的整体性能是与梁、肢相关的，需要保证连梁与墙肢之间具有较大的弯矩，针对这一情况，在对剪力墙进行分类的过程中，应该从截面的惯性矩等情况入手，保证剪力墙结构的稳定性。如果整体系数高于10，那么就是壁式框架，如果小于10，那么就是联肢墙。不同类型的剪力墙在受力特点方面具有一定的差异性。

2 框架-剪力墙结构中剪力墙设计

2.1 剪力墙布置

在布置剪力墙的过程中是按照一定原则实现的，要保证周边具有对称性以及分散性的特点，同时还要确保其更加均匀。为了实现这些原则，需要按照以下几方面的工作进行。首先周边需要遵循一定的原则，在剪力墙进行设计的过程中，需要对建筑物能够抵抗扭曲的能力加以充分的考虑，确保平面中心与刚度中心是相互一致的，在对剪力墙进行布置的过程中，需要保证周边对称，这样既不会增加剪力墙的面积，还能进一步提高剪力墙抗扭曲的程度，让抗扭曲的内力壁得到进一步的提升。其次是需要满足分散性的原则，在剪力墙的布置过程中，剪力墙自身的墙片数量应该得到一定的控制，不能过少，而且要努力保证剪力墙的刚度，连续尺寸方面也不要太长，这样可以使得剪力墙分散一些，抗侧力构件数量多一些。这样，可以防止由于一片剪力墙局面破坏而导致破坏剪力墙的整体抗扭曲力。同时，分散原则也有助于避免剪力墙受力过于集中，避免由于剪力墙负担过重而导致遭到破坏，对于剪力墙的整体发展极为不利。

2.2 确定剪力墙厚度

剪力墙厚度同样也是剪力墙设计中应该注意的关键问题。在框架剪力墙结构中，剪力墙最好有约束构件，也即是边框梁以及边框柱。剪力墙厚度都是有一定的规格的，在抗震设计时，底部加强区的墙厚，一、二级不应小于200mm且不宜小于层高或无支长度的1/16，三、四级不应小于160mm且不宜小于小于层高或无支长度的1/20，无端柱或翼墙时，要求更严。同时，剪力墙厚度确定时，应该注意边框梁的宽度应该同剪力墙的厚度相一致，高度方面可以是墙厚的3 倍。所以，要想获得科学合理的剪力墙厚度，应该充分的考虑结构安全以及经济合理等方面的要求。综合考虑到各种因素，剪力墙的厚度应该在满足楼层高度二十分之一以及十六分之一的前提下，取值200mm 最为合适。

2.3 确定剪力墙数量

剪力墙数量同样也是剪力墙设计中应该注意的关键问题，一般来讲，剪力墙数量主要是由许可位移决定的。按照高层建筑中一般装修的要求，框架剪力墙结构层高应该是顶点位移的800倍，对于装修要求较高的，框架剪力墙结构层高应该控制在顶点位移的850倍之内，在满足这些数据的前提下，进而进行增减剪力墙数量。同时，剪力墙数量还应该满足结构自振周期的要求。结构自振周期的合理范围计算方法如下：T1=(0.09-0.12)Ns。其中，Ns 则指的是楼层的高度。为此，在进行剪力墙数量确定时，应该严格按照结构自振周期的合理范围计算方法进行。如果剪力墙数量多，框架剪力墙结构刚度就可以大一些，材料耗量也大一些，地震时周期短地震力度也应该加大些。据有关调查表明，当每m2楼面剪力强度小于50mm时，地震危害很大；在50mm-150mm 之间时，地震危害为中等水平；在150mm 以上的话，地震危害则最轻。我国在每m2楼面剪力强度值取值方面还没有形成成熟的经验，在进行剪力墙数量确定时，我国的做法往往是根据建筑物的高度、工程具体情况、地区设防烈度以及其他参考系数进行。

3 高层建筑中框架剪力墙设计的运用

3.1 连梁设计

第一，为确保框剪结构设计符合相关规范标准，首先需要确保施工的原材料质量达标，尤其是混凝土材料，配比、强度等级等应该严格的把关，确保连梁具备较强的抗剪能力。第二，合理控制连梁高度，确保洞口宽度达标。在设计框剪结构中的连梁时，需要基于连梁的强度要求，合理把控连梁和洞口等相关数据。同时还应确保整个建筑物的抗震性能达标。第三，为有效避免建筑结构中出现裂缝现象，需要将连梁的高度予以适当的折减。从设计阶段开始，并对连梁的刚度以及其他相关参数进行合理计算，同时还应该确保建筑中的构件具备较强的弹性。第四，需要不断调整剪力墙的厚度。在设计连梁时，需要依据建筑结构的具体状况，适当调整剪力墙的厚度。

3.2 墙肢设计

第一，墙肢的厚度直接影响到建筑结构的稳定性和可靠性。因此在进行墙肢设计时，必须科学控制其厚度。框架剪力墙的墙肢厚度除去特殊部位一般是通过计算来确定的。第二，剪力墙的结构布置。在高层建筑中，为确保建筑物具备较好的空间性能，在进行剪力墙结构设计时，最好采用双向布置的形式，以便于科学合理的构成建筑结构的空间性能。同时为确保建筑物的抗震性能达标，应注意不要在抗震设防区域内采用单向的剪力墙设计。并确保剪力墙的平面能够均匀分布，刚度中心和建筑物的整体质量中心相重合或者尽量靠近，以此最大限度降低扭转效应。

4 结束语

总而言之，在当前建筑设计的过程中，框架剪力墙是一个十分重要组成部分，必须要加强对结构平面的布置，这样才能有助于抵抗水平的提升，并且满足竖向荷载的要求，以达到均匀对称的效果。

[1]朱孝弟，潘晓鹏. 框架- 剪力墙结构中剪力墙的设计[J]. 河南建材，2010 (5)：120.

[2]苏文生. 框架剪力墙结构刚度的调整与控制研究[J]. 民营科技，2010(11)：303.