陳 浩

杭州施朗建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司

高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

陳 浩

杭州施朗建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司

本文從剪力墻的分類出發(fā)，分析了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻設(shè)計(jì)，并對高層建筑中框架剪力墻設(shè)計(jì)的運(yùn)用進(jìn)行了探討，以供參考。

高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言

目前在建筑工程中，尤其是現(xiàn)代高層商業(yè)、辦公以及住宅建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用十分普遍。該結(jié)構(gòu)形式能夠?yàn)榻ㄖ矫嫣峁┹^大的使用空間，同時(shí)借助剪力墻形式來提高建筑物的抗剪以及抗橫向彎矩的能力，因此探究高層建筑中框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極為必要。

1 剪力墻的分類

不同的剪力墻，其分類標(biāo)準(zhǔn)也是不相同的，剪力墻可以根據(jù)開口的大小以及數(shù)量等多方面的因素進(jìn)行劃分，例如壁式的剪力墻框架、整截面墻以及獨(dú)立懸臂墻等，共有五種主要的分類。剪力墻的整體系數(shù)與梁、肢等具有密切的聯(lián)系，其數(shù)值越小，后者越弱，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對剪力墻的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。通常情況下，剪力墻的整體性能是與梁、肢相關(guān)的，需要保證連梁與墻肢之間具有較大的彎矩，針對這一情況，在對剪力墻進(jìn)行分類的過程中，應(yīng)該從截面的慣性矩等情況入手，保證剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果整體系數(shù)高于10，那么就是壁式框架，如果小于10，那么就是聯(lián)肢墻。不同類型的剪力墻在受力特點(diǎn)方面具有一定的差異性。

2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻設(shè)計(jì)

2.1 剪力墻布置

在布置剪力墻的過程中是按照一定原則實(shí)現(xiàn)的，要保證周邊具有對稱性以及分散性的特點(diǎn)，同時(shí)還要確保其更加均勻。為了實(shí)現(xiàn)這些原則，需要按照以下幾方面的工作進(jìn)行。首先周邊需要遵循一定的原則，在剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對建筑物能夠抵抗扭曲的能力加以充分的考慮，確保平面中心與剛度中心是相互一致的，在對剪力墻進(jìn)行布置的過程中，需要保證周邊對稱，這樣既不會增加剪力墻的面積，還能進(jìn)一步提高剪力墻抗扭曲的程度，讓抗扭曲的內(nèi)力壁得到進(jìn)一步的提升。其次是需要滿足分散性的原則，在剪力墻的布置過程中，剪力墻自身的墻片數(shù)量應(yīng)該得到一定的控制，不能過少，而且要努力保證剪力墻的剛度，連續(xù)尺寸方面也不要太長，這樣可以使得剪力墻分散一些，抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量多一些。這樣，可以防止由于一片剪力墻局面破壞而導(dǎo)致破壞剪力墻的整體抗扭曲力。同時(shí)，分散原則也有助于避免剪力墻受力過于集中，避免由于剪力墻負(fù)擔(dān)過重而導(dǎo)致遭到破壞，對于剪力墻的整體發(fā)展極為不利。

2.2 確定剪力墻厚度

剪力墻厚度同樣也是剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵問題。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻最好有約束構(gòu)件，也即是邊框梁以及邊框柱。剪力墻厚度都是有一定的規(guī)格的，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)的墻厚，一、二級不應(yīng)小于200mm且不宜小于層高或無支長度的1/16，三、四級不應(yīng)小于160mm且不宜小于小于層高或無支長度的1/20，無端柱或翼墻時(shí)，要求更嚴(yán)。同時(shí)，剪力墻厚度確定時(shí)，應(yīng)該注意邊框梁的寬度應(yīng)該同剪力墻的厚度相一致，高度方面可以是墻厚的3 倍。所以，要想獲得科學(xué)合理的剪力墻厚度，應(yīng)該充分的考慮結(jié)構(gòu)安全以及經(jīng)濟(jì)合理等方面的要求。綜合考慮到各種因素，剪力墻的厚度應(yīng)該在滿足樓層高度二十分之一以及十六分之一的前提下，取值200mm 最為合適。

2.3 確定剪力墻數(shù)量

剪力墻數(shù)量同樣也是剪力墻設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵問題，一般來講，剪力墻數(shù)量主要是由許可位移決定的。按照高層建筑中一般裝修的要求，框架剪力墻結(jié)構(gòu)層高應(yīng)該是頂點(diǎn)位移的800倍，對于裝修要求較高的，框架剪力墻結(jié)構(gòu)層高應(yīng)該控制在頂點(diǎn)位移的850倍之內(nèi)，在滿足這些數(shù)據(jù)的前提下，進(jìn)而進(jìn)行增減剪力墻數(shù)量。同時(shí)，剪力墻數(shù)量還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)自振周期的要求。結(jié)構(gòu)自振周期的合理范圍計(jì)算方法如下：T1=(0.09-0.12)Ns。其中，Ns 則指的是樓層的高度。為此，在進(jìn)行剪力墻數(shù)量確定時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)自振周期的合理范圍計(jì)算方法進(jìn)行。如果剪力墻數(shù)量多，框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛度就可以大一些，材料耗量也大一些，地震時(shí)周期短地震力度也應(yīng)該加大些。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明，當(dāng)每m2樓面剪力強(qiáng)度小于50mm時(shí)，地震危害很大；在50mm-150mm 之間時(shí)，地震危害為中等水平；在150mm 以上的話，地震危害則最輕。我國在每m2樓面剪力強(qiáng)度值取值方面還沒有形成成熟的經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行剪力墻數(shù)量確定時(shí)，我國的做法往往是根據(jù)建筑物的高度、工程具體情況、地區(qū)設(shè)防烈度以及其他參考系數(shù)進(jìn)行。

3 高層建筑中框架剪力墻設(shè)計(jì)的運(yùn)用

3.1 連梁設(shè)計(jì)

第一，為確保框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，首先需要確保施工的原材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，尤其是混凝土材料，配比、強(qiáng)度等級等應(yīng)該嚴(yán)格的把關(guān)，確保連梁具備較強(qiáng)的抗剪能力。第二，合理控制連梁高度，確保洞口寬度達(dá)標(biāo)。在設(shè)計(jì)框剪結(jié)構(gòu)中的連梁時(shí)，需要基于連梁的強(qiáng)度要求，合理把控連梁和洞口等相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)還應(yīng)確保整個(gè)建筑物的抗震性能達(dá)標(biāo)。第三，為有效避免建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，需要將連梁的高度予以適當(dāng)?shù)恼蹨p。從設(shè)計(jì)階段開始，并對連梁的剛度以及其他相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理計(jì)算，同時(shí)還應(yīng)該確保建筑中的構(gòu)件具備較強(qiáng)的彈性。第四，需要不斷調(diào)整剪力墻的厚度。在設(shè)計(jì)連梁時(shí)，需要依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的具體狀況，適當(dāng)調(diào)整剪力墻的厚度。

3.2 墻肢設(shè)計(jì)

第一，墻肢的厚度直接影響到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。因此在進(jìn)行墻肢設(shè)計(jì)時(shí)，必須科學(xué)控制其厚度。框架剪力墻的墻肢厚度除去特殊部位一般是通過計(jì)算來確定的。第二，剪力墻的結(jié)構(gòu)布置。在高層建筑中，為確保建筑物具備較好的空間性能，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最好采用雙向布置的形式，以便于科學(xué)合理的構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的空間性能。同時(shí)為確保建筑物的抗震性能達(dá)標(biāo)，應(yīng)注意不要在抗震設(shè)防區(qū)域內(nèi)采用單向的剪力墻設(shè)計(jì)。并確保剪力墻的平面能夠均勻分布，剛度中心和建筑物的整體質(zhì)量中心相重合或者盡量靠近，以此最大限度降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4 結(jié)束語

總而言之，在當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)的過程中，框架剪力墻是一個(gè)十分重要組成部分，必須要加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)平面的布置，這樣才能有助于抵抗水平的提升，并且滿足豎向荷載的要求，以達(dá)到均勻?qū)ΨQ的效果。

[1]朱孝弟，潘曉鵬. 框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的設(shè)計(jì)[J]. 河南建材，2010 (5)：120.

[2]蘇文生. 框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛度的調(diào)整與控制研究[J]. 民營科技，2010(11)：303.