高层建筑框架剪力墙结构设计的分析

王刚

摘要：目前，随着我国城市化建设的发展现状各大城市中的高层建筑随处可见，高层框架建立结构设计在房屋设计和建造过程中有着举足轻重的作用，尤其是随着近几年地震等自然灾害频发，房屋建筑的科学、合理性就变得愈发重要。

关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计

引言

近几年来，随着城市化进程的加快，为了提高高层建筑整体的承载性、抗压性以及耐用性，剪力墙结构的设计和应用受到了建筑企业的高度重视，剪力墙结构设计主要是抵抗水平压力和竖向压力，从而有效的避免各种自然灾害带来的水平荷载。

一、高层建筑框架剪力墙结构设计的意义

在进行高层建筑结构设计的过程中，抵抗水平荷载作用的能力是结构设计过程中需要重点考虑的因素。在框架-剪力墙结构当中，剪力墙主要起到的作用就是抵抗侧力，其承担的风荷载和水平地震作用占到总量的80%。因此，框架-剪力墙结构当中剪力墙刚度（数量）的大小对于结构的抗震性能和经济性能具有重要影响。如果剪力墙的刚度在设计时较小，则会导致建筑结构出现过大变形最终无法满足使用要求；如果剪力墙的刚度在设计时选择过大，则会导致建筑结构的自振周期降低，当建筑结构受到地震作用时的影响也会相应增大，必然导致建筑结构的上部结构内力增大，同时材料的使用量（主要是钢筋混凝土）也会随之增大。剪力墙的刚度过大还会导致基础设计难度增加，导致基础造价的增加，同时如果框架-剪力墙结构中剪力墙刚度过大，也会对框架承担的水平作用产生负面影响。但是在进行结构设计的过程中，为了保证框架结构的安全性，采用的设计剪力必须不低于限值，这就意味着剪力墙不论有多少，框架部分所使用的钢筋混凝土也不能减少。因此，从抵抗水平荷载作用的角度而言，剪力墙应该尽可能多的进行设计；但是从工程造价方面看，剪力墙应该尽量的减少，正是由于存在这样的矛盾性，才出现了框架-剪力墙结构中剪力墙最优刚度的问题，同时这个问题在框架-剪力墙结构优化设计中是十分关键的。随着建筑结构抵抗水平荷载，即结构抗风及抗震理论研究的不断深入，同时先进的施工技术和设备在工程中的大量使用，特别是计算机辅助设计软件的开发和广泛应用，导致建筑结构设计人员具有了较强的依赖性，设计人员逐渐习惯性的认为，不需要自己动脑进行设计只需要使用计算机获得结果就能满足结构设计的需要，这样必然导致在设计的过程中对结构经济性及合理性的忽视。但是在进行结构设计的过程中，初选截面对于整个设计过程相当重要，如果设计人员具有较多的设计经验，则能够较好的选择初始截面尺寸，从而可以使计算满足要求。但是，并不是每一位设计人员都具有丰富的设计经验，同时仅依靠经验对结构进行设计，必然导致在设计的过程中无法对设计进行定性评估，并且会对设计效率产生影响。因此，在框架-剪力墙结构进行设计的过程中，如何保证剪力墙具有合理的刚度是一个值得研究的内容，同时通过研究也可以为设计人员提供一定的参考，使其在进行初步截面选择时能够节省时间，同时保证设计满足需要。

二、框架-剪力墙结构设计分析

（一）框架-剪力墙结构的受力特点

框架-剪力墙结构由框架和剪力墙两种不同的结构组成，框架具有较好的延性、剪力墙具有较大的抗侧力刚度，二者通过具有良好耗能性的连梁组成，因此对于抗震而言具有多道防线。由于框架-剪力墙结构是由两种不同的抗侧力结构组成，因此这两种结构也具有不同的受力特点以及变形性质。当框架-剪力墙结构受到水平荷载作用时，剪力墙可以被认为是竖向悬臂弯曲结构，剪力墙的变形曲线为弯曲型，具体如图2-1b所示，水平位移增长幅度随着楼层高度的增加而不断增大。框架-剪力墙结构中的框架受到水平荷载作用时，变形曲线呈剪切型，具体如图2-1a所示，水平位移的增長幅度随着楼层高度的增加而降低。由于框架-剪力墙结构当中既有框架又有剪力墙，在水平荷载作用下，可以使框架和剪力墙的水平位移协调一致，使其无法各自自由变形，如果不对结构的扭转进行考虑，那么同一楼层的水平位移是相同的。这样就可以得到框架-剪力墙结构在水平荷载作用下的变形曲线，框架-剪力墙结构受到水平力作用下，对框架-剪力墙结构体系的侧向变形进行分析可以发现，由于框架和剪力墙二者之间协同工作，因此对于结构的下部，剪力位移小，从而剪力主要是由剪力墙承担，根据相关研究可知结构底部的剪力大约有70%～80%是由剪力墙承担的；相反，结构上部的剪力主要由框架承担。

（二）剪力墙结构抗震能力的设计

高层建筑中剪力墙结构的设计对抗震能力起着关键性作用，剪力墙水平方向的刚性强度比较大，完全可以抵制小型地震。随着高层建筑刚性强度的增加，它的抗震能力也随着增加，但是成本投入也比较大，因此我们要对高层建筑进行合理的设计，争取做到“低消耗、高效益”。接下来就从这两个方面来提高抗震能力：①控制剪力墙结构水平方向的位移；水平方向的位移要满足高层建筑规定的位移限制值。②地震力的控制；当地震力较小的时候，剪力墙结构的抗震能力和结构位移值会出现满足要求的假象，因此只有底部剪力满足要求的情况下，对位移、内力、配筋进行合理的设置才有意义，同时还要调整剪力墙结构底部的剪力系数，只有深入了解剪力墙结构的设计，才能全面提高高层建筑的实用性。

（三）框架剪力墙结构建筑放线测量技术

框架剪力墙结构建筑施工中，需要对于高层建筑施工进行放线测量，以建筑设计图纸作为测量基础，将施工现场有关标准作为放线测量前提，利用先进放线测量仪器对建筑工程开展放线测量作业。在对于框架剪力墙结构建筑施工放线测量中，就需要使用全站仪器，进而对于框架剪力墙结构进行放线测量在进行放线测量作业中，对于建筑工程中的轴线控制网要特别关注。根据工程现场实际情况开展放线测量作业，同时对于放线测量后的结果反复审核，保证框架剪力墙结构建筑放线测量结果精准。

结语

框架剪力墙结构建筑施工技术在高层建筑施工中应用，能够有效增加高层建筑物使用寿命，对于建筑行业发展具有重要意义。伴随着现代科学技术的进步，建筑物所具有的抗震性及抗风性也在不断增加，这就需要提高框架剪力墙结构建筑施工技术在建筑工程中的应用，提高框架剪力墙结构建筑施工技术水平。

参考文献：

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