何榮輝

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院　廣東　廣州　510010）

對(duì)高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問(wèn)題的思索

何榮輝

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510010）

框架剪力墻結(jié)構(gòu)亦被稱為框剪結(jié)構(gòu)，它廣泛應(yīng)用于豎向布置繁雜或平面、水平荷載較大的高層建筑。本文主要結(jié)合工程案例對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的框架剪力墻設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題進(jìn)行研究，希望有效地提升高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果。

高層建筑；框架剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題

1　引言

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，為了確保建筑物的安全性，高層樓已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻重要的作用就是承受地震，框架剪力墻結(jié)構(gòu)由于兼?zhèn)淇蚣芎图袅Φ奶卣?，不僅具有大的承載力，還能吸收部分地震中的能量。剪力墻主要是由墻肢和連梁等構(gòu)件構(gòu)成的，剪力墻結(jié)構(gòu)具有非常大的承載力以及結(jié)構(gòu)剛度、非常小的側(cè)移變形、非常強(qiáng)的抵抗水平側(cè)移能力等一些特點(diǎn)。剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑。在國(guó)內(nèi)一些住宅建筑，以滿足不同的功能，它采用了小開(kāi)間的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诟舯诘姆块g與臥室隔開(kāi)，所以不僅可以通過(guò)剪切承重結(jié)構(gòu)的墻壁和分區(qū)壁成一體，并能達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。為了保障更多的建筑物建設(shè)中的結(jié)構(gòu)安全和建設(shè)成功后的正常使用，我們必須對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行加強(qiáng)。對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)進(jìn)行研究的時(shí)候，必須要懂得剪力墻的概念，就是指在建筑設(shè)計(jì)中主要用來(lái)承受風(fēng)荷載或者地震作用引起的水平荷載的墻體（如圖1所示）。運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)有著非常多的優(yōu)點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以很好地提升建筑物的抗震性能。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向位移很小，因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分考慮整體的變形協(xié)調(diào)性。由于框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種不同結(jié)構(gòu)組成的，而框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力是不同的。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，側(cè)移曲線呈彎剪型，由于框架、剪力墻的協(xié)同受力，在結(jié)構(gòu)的底部框架及結(jié)構(gòu)的上部剪力墻的側(cè)移減小，因此側(cè)移曲線兼有這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。彎剪型變形曲線的層間變形沿建筑高度比較均勻，減小了框架和剪力墻的層間變形。

圖1　幾種常見(jiàn)的剪力墻

2　高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)高層建筑的抗震性能有顯著的提升效果，但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中仍然存在著許多技術(shù)問(wèn)題，為了更好的發(fā)揮框架剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)抗震體系中的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)施工過(guò)程中必須注意結(jié)構(gòu)體系之間的聯(lián)系，可以在剪力墻的周圍增加梁柱結(jié)構(gòu)，形成邊框剪力墻以保證斜截面的承載能力，以抵抗剪力墻開(kāi)裂后對(duì)梁柱施加的附加剪應(yīng)力。

2.1剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

目前，在我國(guó)設(shè)計(jì)工作中開(kāi)始引進(jìn)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，但是計(jì)算機(jī)仍然需要經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員來(lái)解決相關(guān)的問(wèn)題。由于剪力墻呈現(xiàn)出脆性，無(wú)法滿足抗震的具體要求。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要進(jìn)行精確的計(jì)算，但是專業(yè)的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件不多，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分地結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)和計(jì)算的工具，而且一定要把自身的工作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，這樣就可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的效率及其質(zhì)量。在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程當(dāng)中，既要考慮計(jì)算的結(jié)果，還應(yīng)該結(jié)合試驗(yàn)不斷地對(duì)處理設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以確保計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠性。例如：在剪力墻的邊緣構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程中，在經(jīng)過(guò)計(jì)算以及分析之后，可以得出通過(guò)增加墻肢截面兩端的翼緣可以使得墻肢的延性得以提高。

2.2框架剪力墻的變形協(xié)調(diào)

2.3建筑整體結(jié)構(gòu)的性能

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是一種被廣泛應(yīng)用于我國(guó)實(shí)際建筑工程中的結(jié)構(gòu)體系，其抗震的性能兼顧了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻的抗震優(yōu)點(diǎn)。這一性能的準(zhǔn)則是“投資-效益”，即根據(jù)不同的建筑物的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的不同，在分析結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上，將其劃分不同的等級(jí)。這一設(shè)計(jì)理念中，合理的抗震性能目標(biāo)和結(jié)構(gòu)措施是必須的設(shè)計(jì)要求。投資-效益相結(jié)合的準(zhǔn)則使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案得到了很大程度上的優(yōu)化，能夠更好的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，必須了解結(jié)構(gòu)受力的情況，這樣可以很好地避免在地震或者是其他的自然災(zāi)害時(shí)候出現(xiàn)的受力不均勻的情況，這樣可以很好地控制災(zāi)害。以往的承載力抗震設(shè)計(jì)方法往往存在這樣的不足：該方法對(duì)于結(jié)構(gòu)在彈塑性階段的工作情況不能進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，同時(shí)也無(wú)法控制結(jié)構(gòu)在震害作用下的破壞程度，使得結(jié)構(gòu)處于一種被動(dòng)的抗震情形之下。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須注重結(jié)構(gòu)最薄弱的地位，這樣就很好地防止結(jié)構(gòu)局部能力減弱。與此同時(shí)，要結(jié)合工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，并且要對(duì)薄弱的部分進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，這樣做便于找到相應(yīng)的技術(shù)措施，從而可以使得結(jié)構(gòu)的總體抗震能力得到提高，更合理的實(shí)現(xiàn)性能抗震設(shè)計(jì)。

2.4框架剪力墻結(jié)構(gòu)在水平地震作用

剪力墻結(jié)構(gòu)最主要的作用就是防震，進(jìn)而可以在發(fā)生地震的時(shí)候，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗壓作用得到了減少。框架結(jié)構(gòu)的靈活布置也提供了很大的建筑空間，剪力墻的延展性和抗側(cè)力也得到了充分的發(fā)揮。對(duì)于剛度特征這樣一個(gè)同時(shí)與框架的剛度和剪力墻的剛度有關(guān)的參數(shù)，其值的大小嚴(yán)重影響著框架剪力墻結(jié)構(gòu)的變形和受力等。如果結(jié)構(gòu)具有較好的剛度退化系數(shù)和適當(dāng)?shù)膶娱g位移轉(zhuǎn)角，那么框架剪力墻結(jié)構(gòu)的彈塑性能就能被更好的表現(xiàn)出來(lái)。

2.5基礎(chǔ)方案與承重構(gòu)件設(shè)計(jì)

在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，必須到現(xiàn)場(chǎng)去考察，結(jié)合水文地質(zhì)條件以及工程項(xiàng)目地址，應(yīng)該進(jìn)行合理的規(guī)劃，尤其是那些可能出現(xiàn)安全以及質(zhì)量問(wèn)題的地方，一定要及時(shí)地進(jìn)行處理，這樣基礎(chǔ)方案就可以很好地發(fā)揮其作用。與此同時(shí)設(shè)計(jì)人員要充分結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)修訂以及整改基礎(chǔ)方案，確保剪力墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案能夠符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，最終促使高層建筑施工得以順利完工。

3　剪力墻在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1工程概況

廣州市某工程，負(fù)責(zé)改建工程?hào)|一區(qū)3#、4#塔式住宅樓，標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.7m，出屋面水箱間及電梯機(jī)房，層高分別為2.2m及3.6m，這個(gè)建筑的室內(nèi)外的高度之差達(dá)到0.3m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.5m，建筑的總體高度是98.90m。顯然屬于A級(jí)高層建筑物（根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》）。風(fēng)荷載取值為0.30kN/m2，風(fēng)荷載計(jì)算一般都按照基本風(fēng)壓的1.1倍采用。該建筑物的特點(diǎn)是：該建筑的樓板有部分不連續(xù)的現(xiàn)象出現(xiàn)在主要的樓板中間，可能發(fā)生突變的豎向立面尺寸和平面不規(guī)則性，例如平面疊合面積小于較小邊25%等以及豎向不規(guī)則性（2）按50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、超越概率63%的多遇地震作用（俗稱小震），采用的辦法分別為SATWE、ETABS用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行線彈性分析。建筑物的構(gòu)件斷面尺寸和配筋必須根據(jù)“抗規(guī)”和“高規(guī)”規(guī)定的荷載組合來(lái)進(jìn)行估算。

3.2剪力墻部分的布置

這個(gè)工程具有非常大的抗側(cè)力剛度，而剛度要取決于樓層上板的連接、洞口的大小、連梁的形式、墻體的分布等很多因素。剪力墻沿著高度方向變截面，這樣就使剛度可以均勻地發(fā)生變化，上層和下層的剪力墻軸線重合，這樣就使得應(yīng)力傳遞變得非常合理。充分發(fā)揮剪力墻效率最好的方法就是應(yīng)該把剪力墻進(jìn)行集中布置，并且形成一核心筒。要使用軟件準(zhǔn)確地把核心筒的剛度計(jì)算出來(lái)。該工程多次進(jìn)行調(diào)整以后，使平面以及豎向布置非常理想，其主要的技術(shù)指標(biāo)如下：①荷載形心的坐標(biāo)是x=17，Y= 16.60；②標(biāo)準(zhǔn)層的形心坐標(biāo)為X=16.65，Y=16.65；③總重量為434168kN。荷載的中心和平面的中心基本可以重合，平面的形狀非常規(guī)則，而且構(gòu)件布置非常均勻；兩個(gè)形心之間的距離是e/l= 1.6%，e=0.45。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的工作，做好這一項(xiàng)工作對(duì)于提升人們的生活水平具有重要意義。關(guān)于框架剪力墻結(jié)構(gòu)等抗震設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，其成果在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也得到了應(yīng)用。在建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須把每一個(gè)方面的影響因素以及相關(guān)的制約條件考慮到，與此同時(shí)要充分結(jié)合結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大以及外觀簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，最終降低了工程造價(jià)，從而促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的不斷優(yōu)化。

[1]蔣耀勤.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)剪力墻結(jié)構(gòu)的運(yùn)用分析[J].江西建材，2015（01）：11～12.

[2]黃長(zhǎng)城，方林，金國(guó)芳.某不規(guī)則鋼框架結(jié)構(gòu)房屋抗震性能分析研究.結(jié)構(gòu)工程師，2015（01）：17～18.

[3]何認(rèn)雄.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的探討[J].江西建材，2015（01）：21～23.

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2015-1-20