框架结构建筑剪力墙施工技术及其应用效果模拟分析

李继东

（烟建集团第七建筑安装有限公司，山东 烟台 264000）

0 引言

框架结构是由许多梁和柱共同组成的框架来承受房屋全部荷载的结构。在目前的建筑领域中，框架结构的应用较为普遍[1]。框架结构有利于实现高层建筑结构的合理设计，并且实现资源的最大化利用[2]。框架结构可分为现浇式、拼装式以及整体装配式3 种，应用最广泛的是拼装式和整体装配式，这两种框架结构最突出的优点是施工便捷[3]。

在框架结构建筑中，主要是利用剪力墙结构进行承重，剪力墙是一种由钢筋混凝土组成的板墙，主要包含竖向和横向楼板两种类型，能够有效控制建筑物在外界荷载作用下发生的摆动[4]，提升建筑的承载性能，降低建筑物的摆动幅度，以此可保证建筑物的抗震性能以及应用的安全性能。特别是在超高层建筑中，外界风力对于建筑物的侧向推力较大，需通过剪力墙提升建筑的稳定性[5]。

剪力墙的施工技术尤为重要，如果施工技术不满足相关的标准和应用需求，则直接影响框架结构建筑的稳定性和安全性。因此，本文以某框架结构的超高层建筑为例，研究剪力墙的施工技术及施工效果。

1 工程概况

某地区的框架结构超高层建筑项目共包含4栋住宅建筑，都属于装配式框架结构，建筑都是30层，其中包含两层地下停车场，总建筑面积为85092.35m2，框架结构的设计使用年限为50年，安全等级为2级，抗震设防烈度为8度。该建筑的建设场地土地类别为II类，粗糙度类别为B类，基本风压为0.46kN/m2。本文仅以其中的2#住宅楼为例，进行相关研究，该住宅楼建筑框架柱为钢筋混凝土柱，结构梁为H 型钢梁，混凝土的强度等级在C40~C70之间，地上楼板厚度为1.3m，楼层高度为3m。

2 剪力墙施工技术

剪力墙应用在框架结构建筑中具有平面布置灵活、施工材料消耗较低，具有较大侧向刚度等优势。由于该建筑工程有地下空间，并且为超高建筑，因此在进行剪力墙施工时，需充分考虑剪力墙弯曲延性、抗脆性、变形延性、抗震等性能需求[6]。

2.1 放线测量

测量放线是正式施工前的重要工作，该工作是依据建筑设计的结果，结合实际建筑的施工要求完成，主要是对测量定位点进行定位和二次校核。该校核以《工程测量通用规范》（GB 55018-2021）为标准完成；并且对工程平面控制网、高程控制网、建设基坑边坡位移等重点参数进行测量校核[7]，以此保证施工后效果。放线测量偏差依据表1中的允许值进行控制。

表1 施工放线测量的允许偏差

2.2 钢筋施工

剪力墙中钢筋最重要的作用是抗拉和抗压，钢筋对剪力墙承载力的提升具有重要作用。进行钢筋施工前，需结合建筑的实际施工需求对钢筋的质量进行检测，保证所用钢筋的屈标比和强屈比满足工程设计需求。钢筋施工作为整个剪力墙施工中的重要部分，在施工过程中，需严格把控钢筋的焊接方式、搭接长度以及搭接位置等操作工艺[8]。在进行钢筋施工时，结合工程的实际情况，采用节点加密箍的施工工艺，如图1所示。

图1 节点加密箍的施工工艺

采用该施工工艺进行剪力墙钢筋施工的主要目的是提升剪力墙的承载性。采用该施工工艺施工时，需保证钢筋和混凝土柱节点之间呈相互垂直状态，并且在施工过程中，可结合楼层变化需求，调整使用的钢筋型号，以此满足高楼层对于承载性的需求。除此之外，采用焊接技术精准完成连接柱箍筋和主钢筋结构之间的连接，将剪力墙放置在指定位置，并保证墙体和墙面之间始终处于相对垂直状态。

2.3 模板工程施工

完成钢筋施工后，则进行剪力墙模板工程施工。该施工环节是钢筋绑扎与混凝土浇筑的中间环节，其主要作用是提升混凝土性能和降低墙柱位移。因此，该工程在进行模板工程施工时，需计算模板的抗剪强度，其计算公式为：

式中：V——最大剪力；

q——模板侧面的线荷载；

l——模板支撑间距。

依据该计算结果确定最佳的施工位置、支撑距离等参数，以此保证剪力墙结构的整体性能。

在进行该环节施工时，为避免模板发生较大的变形，结合建筑的实际施工情况，对模板实行起拱操作，并在混凝土施工完成后，依照表2所示标准拆除模板。

表2 模板的拆除标准

2.4 混凝土施工

混凝土施工是剪力墙施工中除钢筋施工以外的另一个重要施工环节。模板施工完成后，就进行混凝土施工。在施工时，应结合高层建筑的侧向力需求，计算混凝土的侧应力，其计算公式为：

式中：F——混凝土结构的侧应力；

rc——混凝土的重力密度；

t0——混凝土施工时的初凝时间；

β1和β2——分别为外加剂和坍落度的修正系数；

v——施工时混凝土的浇筑速度。

完成F的计算后，依据设计标准和建筑要求，严格控制混凝土的浇筑情况，以此保证浇筑后施工缝的精度，使施工缝和轴线保持垂直状态。并且结合F的计算结果，核算混凝土墙柱的振捣力度和次数，如果发现不足部位，则需进行二次处理，以此保证施工质量。完成混凝土施工后，结合工程所在环境的气候和温度情况，对混凝土进行养护，避免混凝土发生开裂。养护完成后依据表2标准拆除模板。

3 基于数值模拟的施工效果分析

3.1 剪力墙有限元模型构建

框架结构建筑剪力墙施工完成后，通过数值模拟分析该工程施工效果。采用ABAQUS软件构建剪力墙的有限元模型，该软件具有前处理、分析计算以及后储能功能，能够更好地分析剪力墙的应力、应变等情况。构建的剪力墙有限元模型如图2所示。

图2 剪力墙有限元模型

剪力墙有限元模型在构建过程中，各个部分的模拟通过软件的Part模块完成，并利用Assembly模块完成各个部分的装配，再通过Mesh模块完成网格划分，以此完成模型构建。依据构建的模型进行相关性能分析，分析过程中，载荷的设定通过Load模块完成。模型的分析和计算通过软件中的Standard模块完成，分析结果提交给Visualization模块和Sketch模块进行后处理，实现分析结果可视化呈现。

3.2 剪力墙性能计算

完成模型构建后，需分析剪力墙相关性能，从而明确施工效果。抗震性能作为高层建筑的重要性能，文中采用静力推覆分析法分析剪力墙在地震作用下的受力和变形情况。

在有限元模型中，设定恒定的侧向力分布，并进行静力推覆分析。文中采用Y向弯曲振型（2阶振型）分布模式，对剪力墙结构进行Y向推覆力计算，计算公式为：

式中：ϕ2i——2阶振型下的相对位移结果；

ΔVb——剪力墙结构的基地剪力增量。

为全面分析剪力墙结构的施工效果，在有限元模型中进行剪力墙的损伤状态评估。进行评估时，以剪力墙截面应变分布状态为基础，以楼层之间位移角在层高变化下的变化率为依据，对剪力墙的损伤状态进行划分，在此基础上分析剪力墙在变形情况下发生的损伤和破坏情况。

定义3种剪力墙截面损伤状态：

状态1：剪力墙在拉力作用下，受拉侧边缘混凝土发生开裂；

状态2：剪力墙在拉力作用下，受拉侧钢筋发生屈服；

状态3：剪力墙在压力作用下，受压侧混凝土发生崩溃。

剪力墙作为压弯构件，其在轴压作用下形成初始压应变ξ0，其计算公式为：

式中：μ——轴压比；

fc和fy——混凝土和钢筋的抗压强度和屈服强度；

Ac和As——混凝土和钢筋的截面面积；

Ec和Es——混凝土和钢筋的弹性模量。

截面受拉边缘混凝土拉应力ξt、截面受拉其钢筋拉应变ξte、截面受压区边缘混凝土压应变ξc需分别满足下述3个标准：

式中：κ——构件曲率；

l——截面高度。

依据上述公式即可完成剪力墙施工后的性能分析。为全面衡量该施工技术的施工效果，本文采用整个建筑的安全系数ψ作为标准，衡量建筑整体的应用性能，其计算公式为：

式中：αc和αd——分别表示峰值加速度，前者对应位移实际情况，后者对应设计标准。

3.3 模拟结果分析

3.3.1 变形分析

获取剪力墙在该地区最大风力的侧向力作用下发生的变形情况，如图3所示。由图3可知：在侧向力的作用下，剪力墙的梁柱之间没有发生明显的滑移和分离情况，表示剪力墙的施工效果较好，能满足建筑使用需求。

图3 剪力墙变形结果

3.3.2 抗震性能分析

以《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2020）为依据，模拟得到剪力墙施工后，在2种地震条件下的抗震性能以及建筑的整体安全系数，如表3所示。

表3 抗震性能分析结果

由表3可知：剪力墙施工后，在两种地震条件下，其发生的损坏等级均为轻度，损伤状态均属于状态1；并且整个建筑的最大层间位移角分别为1/293和1/215，安全系数均在8.95以上，满足《建筑抗震设计规范》标准。因此，该工程剪力墙施工质量较好，能够满足框架结构建筑的施工要求，确保了建筑的承载力和稳定性。

4 结束语

剪力墙的施工效果对于框架结构建筑的承载性和稳定性均具有较大影响。本文以某框架结构超高建筑为例，从放线测量、钢筋施工、模板工程施工和混凝土施工四个方面介绍了剪力墙的施工技术；利用有限元软件构建了剪力墙模型，分析了剪力墙的变形情况以及抗震性能，结果显示：该工程剪力墙施工质量较好，能够满足建筑的施工要求，确保了建筑的承载力和稳定性。