■向小平 ■黃石市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 黃石 435000

1 工程概況

某高層住宅建筑整體建筑面積58351m2，包括32層塔式建筑和18層板式建筑，基礎(chǔ)形式采用樁筏基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻。在建筑中，地下1層為停車場，地上3層為店鋪和商場，4層以上則為住宅。為了保證建筑的穩(wěn)定性和安全性，在工程設(shè)計規(guī)劃階段，由專業(yè)的規(guī)劃設(shè)計院對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，這里對其設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行簡單分析和討論。

2 框架——剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該高層住宅建筑中，采用的是框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu)，是指在框架結(jié)構(gòu)中，布置一定數(shù)量的剪力墻，由這些剪力墻構(gòu)成靈活自由的使用空間，以滿足不同建筑功能的要求。同時，由于剪力墻的數(shù)量足夠，因此這種結(jié)構(gòu)形式具有相當(dāng)大的剛度，可以說綜合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的特性，在結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服其中存在的缺陷，對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有著良好的提升，因此在實(shí)際工程中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)得到了非常廣泛的應(yīng)用。在對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻進(jìn)行布置時，需要嚴(yán)格遵循“均勻、分散、對稱、周邊”的基本原則，做到以下幾點(diǎn):

(1)剪力墻應(yīng)該均勻布置在建筑周邊附近，以確保其抗扭作用的充分發(fā)揮。同時，在樓梯間、平面形狀變化大或者恒載較大的位置，設(shè)置剪力墻，可以保證樓蓋與剪力墻之間的剪力傳遞。

(2)在高層建筑中，平面形狀凹凸較大的部位，是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)該在凸出部分的端部附近，布置相應(yīng)的剪力墻，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

(3)對于縱向和橫向剪力墻，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，將其連接在一起，或者設(shè)計成為帶邊框的剪力墻，共同組成L形、T形或者口字型，以增大剪力墻的剛度和抗扭轉(zhuǎn)能力。

(4)樓梯間、電梯間、電井等豎井的設(shè)置，應(yīng)該盡可能與附近的框架或者剪力墻相互結(jié)合，形成一個整體的、連續(xù)性的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，而不能獨(dú)立布置。

3 高層住宅框架——剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

在對高層住宅框架-剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其設(shè)計要點(diǎn)主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:

(1)結(jié)構(gòu)布置。在高層住宅的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻與普通剪力墻結(jié)構(gòu)相比存在一定的差異。下部樓層中，剪力墻的位移較小，因此，可以拉著框架按照彎曲型曲線變形，由剪力墻承受大部分水平力;而在上部樓層，剪力墻的位移會越來越大，并且呈現(xiàn)出外側(cè)的趨勢，因此，框架趨于內(nèi)收，拉著剪力墻按照剪切型曲線變形?？蚣艹素?fù)擔(dān)外負(fù)荷產(chǎn)生的水平力，還需要負(fù)擔(dān)拉動剪力墻的附加水平力，而剪力墻不會承受任何的荷載水平力，還因?yàn)榻o框架一個附加水平力，而承受負(fù)剪力。因此，在上部樓層，即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也會出現(xiàn)相當(dāng)大的剪力。作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻在結(jié)構(gòu)中的作用是非常巨大的，如果在設(shè)計時，僅僅在一個主軸方向布設(shè)剪力墻，很可能造成兩個主軸方向抗側(cè)剛度的巨大的差異，在沒有設(shè)置剪力墻的主軸方向，會因?yàn)閯偠炔蛔?，無法與另一個主軸方向相互協(xié)調(diào)，在振動作用下容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞。因此，該工程設(shè)計中，在兩個主軸方向都布置了剪力墻，形成了雙向抗側(cè)力體系，可以有效減少層間側(cè)移。

(2)轉(zhuǎn)換層設(shè)計。在高層建筑中，如果存在轉(zhuǎn)換層，則建筑會呈現(xiàn)出不規(guī)則的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如果不能對其進(jìn)行有效處理，在地震作用下，很可能出現(xiàn)相應(yīng)的損壞。因此，做好轉(zhuǎn)換層的設(shè)計對于建筑整體的抗震性能有著極其關(guān)鍵的作用。一般來說，轉(zhuǎn)換層的位置越高，則其上下層的剛度突變也就越大，結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞的途徑也會發(fā)生極大的變化。同時，轉(zhuǎn)換層位置越高，落地剪力墻越容易出現(xiàn)彎曲裂縫，其上部的剪力墻也越容易遭到破壞。簡單來說，高層建筑中轉(zhuǎn)換層越高，對于建筑的抗震越不利。在該工程中，由于1-3層為商場，為了保證使用空間，需要盡量減少剪力墻的數(shù)量，這就給設(shè)計工作增加了難度。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，如果轉(zhuǎn)換層設(shè)置在地面1層，可以近似采用轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度γ來表示轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的剛度變化，在設(shè)計過程中，要確保γ≤2。而如果轉(zhuǎn)換層設(shè)置在2層及以上，則γ≤1.3。對此，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，采取了相應(yīng)的對策:首先，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，在滿足層間位移的基礎(chǔ)上，盡可能減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的數(shù)量，減少連梁的高度，同時適當(dāng)增大剪力墻上洞口的尺寸，在保證其強(qiáng)度和承載能力的前提下，減少轉(zhuǎn)換層上部的剛度;其次，通過與建設(shè)方的協(xié)商，適當(dāng)降低了1-3層商場的高度，以增加轉(zhuǎn)換層下部的剛度;然后，在不影響建筑凈空和建筑成本的前提下，適當(dāng)增大了底部墻體的厚度，最終將墻體厚度確定在:1層450mm，二層400mm，三層350mm，四層以上200mm。

(3)相關(guān)參數(shù)計算。在對建筑的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算時，采用了由中國建筑科學(xué)研究院編制的SATWE程序，將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個統(tǒng)一的整體來計算。結(jié)合該工程的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，經(jīng)計算得出，在該工程中，最大樓層層間相對位移比為1/1972，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)定中不大于1/800的標(biāo)準(zhǔn)。同時，剪重比與等效質(zhì)量系數(shù)的計算結(jié)果顯示，X、Y方向最小剪重比大于1.6%，X、Y方向各自的有效質(zhì)量系數(shù)均大于90%，滿足相關(guān)規(guī)范的要求。由于在該建筑中，首層框架所承受的剪力值相對較小，因此，應(yīng)該對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，取0.2Q0與1.5Vfmax中較小的數(shù)值作為框架的總剪力值。另外，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比γ的值，X向取0.48，Y向取0.36，均小于標(biāo)準(zhǔn)值1.3，可以滿足相關(guān)規(guī)定的要求。最后，還需要對結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，其中，

X向剛重比EJd/GH＊＊2=5.21

Y向剛重比EJd/GH＊＊2=3.64

由計算結(jié)果，該結(jié)構(gòu)剛重比大于1.4，可以通過相關(guān)規(guī)定的整體穩(wěn)定驗(yàn)算。

4 結(jié)語

總之，在城市化進(jìn)程不斷加快的現(xiàn)在，高層住宅的數(shù)量越來越多，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性也受到了社會各界的廣泛關(guān)注。作為高層住宅中被廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，框架——剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，需要引起設(shè)計人員的充分重視，切實(shí)做好框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，提升高層建筑的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

［1］安興寬.高層住宅框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析［J］.山西建筑，2012，38(1):37-39.

［2］彭祥新.高層住宅框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析［D］.安徽建筑工業(yè)學(xué)院，2011.