高层建筑框剪结构设计优化

李东阳

天津方标世纪规划建筑设计有限公司 辽宁沈阳 110000

框剪结构具有良好的互补性，兼容了多种性能优势，在工程中展现广阔的应用空间。设计人员必须遵循剪力墙分散布置等要求，全面把握各处设计节点，积极贯彻落实科学的防震抗震技术措施，进一步消除各处抗震薄弱环节，发挥其优势作用。

1 框剪结构概述

框架结构具有一定的局限性，尤其是侧向刚度方面较差，以及在水平荷载的作用下，发生的变形较严重，结构抵抗水平荷载的能力较差。但框架结构在水平位置布置的灵活性方面较高，在立面处理过程中，所发生相应的改变较灵活。剪力墙结构与框架结构相比较而言，在强度和刚度方面都具有非常好的作用效果，并且水平位移也相对的比较小，但是剪力墙结构也存在一定的局限性，那就是非常容易受到空间结构方面的限制。将框架结构和剪力墙结构进行有效的结合，可以使二者之间形成相辅相成的效果，从而使其成为在一定范围内能承受较大水平荷载且又能在空间上较灵活布置的结构体系——框剪结构体系。在水平荷载作用下，剪力墙结构为弯曲变形，框架结构为剪切变形，在结构的底部剪力墙承受水平力的比例较大，框架柱较小，剪力墙帮助框架柱，随着高度的增加剪力墙承受的水平力减小，框架部分承担的水平力增加，框架柱帮助剪力墙。框架柱与剪力墙协同作用，而且剪力墙还可以作为结构的第一道防线，体现了多道防线的设防要求。

2 框剪结构的设计要点

在房屋建筑工程中应用框剪结构时，要对设计方面的需求进行重点考虑，全面性的掌握框剪在具体设计过程中面临的各种问题，只有这样，才能进行有针对性的优化处理，保证框剪结构将经济性和适用性能充分的展现。如在进行抗震设计过程中，设计人员必须清楚建筑物的抗震等级，确切的把控房屋建筑中应用框剪结构的实际要求，特别是要从内力方面采取精确计算的方式，有效避免偏差。在有关方面房屋建筑工程中，必须严格达到抗震预防要求，同时还需要考虑到框剪结构本身的稳定性。在对刚度方面进行优化设计时，必须保证经济性，并有效降低在后期长时间的应用中出现各种隐患问题的概率。此外，从房屋建筑工程的实际高度进行考虑，抗震方面的要求同样也是核心问题，要从实际角度出发，在具体操作过程中高度关注。另外，房屋建筑过程中框剪结构体系的应用，必须非常注重功能性、安全性、稳定性。此外，从业主角度进行思考也非常有必要，清晰掌握业主对房屋建筑工程后期具体使用的要求，从而借助剪力墙结构对内部空间合理划分，保证房屋建筑工程可以具备非常强的实际使用性能[3]。

3 框剪结构的组成形式及布置要点

3.1 框剪结构

由于在其空间利用及抗侧刚度方面的优势被广泛的应用于办公楼，公寓，住宅，饭店，教学楼，实验楼等，具体的组成形式有如下几种：

①框架和剪力墙（单片墙、连肢墙或较小井洞）分开布置，各自形成抗侧力结构；②在框架结构的若干跨度内嵌入剪力墙（有边框的剪力墙）；③在单片抗侧力结构内连续布置框架和剪力墙；以上几种结构布置形式可以单独应用也可以的混合应用。

3.2 框架-剪力墙结构中剪力墙的布置要符合下列规定

①应满足规范对框剪结构的墙体间距的要求，为了保证楼板的刚度，能有效的传递水平力，剪力墙的间距不宜过大，须根据不同的地震烈度结合建筑功能选取合适的间距；②剪力墙宜均匀的布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化以及恒载较大的部位；③当平面形状有凹凸较大的部位时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；④纵向、横向剪力墙平面宜组成L形、T形和[形等形式；⑤单片剪力墙在建筑底部所承担的水平剪力不能超过结构底部总水平剪力的30%；⑥剪力墙的布置宜贯通建筑物的全高，尽量避免刚度突变且在剪力墙开洞时，洞口优先上下对齐；⑦楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；⑧抗震设计时，剪力墙的布置要使结构各主轴方向的侧向刚度相互接近。

4 高层建筑框剪结构设计优化措施

4.1 剪力墙设计优化

在剪力墙的布置中，应优先布置在结构的周边，交通核、平面形状变化较大及恒载较大部位，尽量多应用结构上下的贯通墙体布置剪力墙，在结构刚度较弱的楼梯间，电梯间处布置剪力墙。剪力墙的布置宜分散，不宜集中布置在结构的端部，虽然剪力墙布置在建筑的角部在控制位移角及结构扭转方面有很大的帮助，但在集中在角部容易造成对楼盖两端的约束作用，楼盖中部的梁板很容易因混凝土收缩和温度变化而出现裂缝，所以宜避免。剪力墙的数量不宜过多也不能过少，首先应在两个方向均布置剪力墙，且应满足框剪结构对剪力墙的数量以及间距的要求。其次框剪结构在满足水平承载力的同时尽量控制框架部分承担的倾覆力矩介于结构总倾覆力矩10%-30%，这样属于典型的框剪结构模型，这样在满足的要求下降低了剪力墙所占的比例。从而减少结构造价。

4.2 框架梁的优化设计

在框架梁的布置中应使框架柱双方向拉结，且框架与剪力墙之间有效拉结。对层高控制比较严格的建筑可采用宽扁梁，虽然用钢量会较高，但在空置层高方面效果较好。在通长情况下优先采用主次梁结构，合理的梁间距可以减小楼板的厚度，在减轻了自重的同时不仅能减少楼板的钢筋含量，还能相应的减小地震作用，从而减少全楼的钢筋用量。

5 结语

框剪结构以其较低的成本和较好的抗震性、稳定性，在房建项目工程中得到了比较广泛的运用。设计单位在对该结构形式进行应用时，需要对设计的要点和目标进行明确，以完善的设计流程中的进优化，加强实际设计过程中各个阶段的目标把控，做好设计前的准备工作，对结构设计中的各个环节及重点参数进行严格把关，确保框架剪力墙结构能发挥出其应有的作用。