周志遠(yuǎn)

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司 山西 晉城 048006）

高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

周志遠(yuǎn)

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司 山西 晉城 048006）

在高層建筑中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是較為常見的結(jié)構(gòu)。它的應(yīng)用范圍較為廣泛，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，不僅能夠使高層建筑更加穩(wěn)定，而且還能增強(qiáng)其防震功能。為了保證框架-剪力墻具有更高的安全保證，需要根據(jù)工程的具體特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用及相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探討。

高層建筑；框架-剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

目前高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要包括框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)等。對(duì)于超高層建筑來說，還包括筒體結(jié)構(gòu)以及框架-筒體結(jié)構(gòu)等。其中，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是應(yīng)用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，主要可分為框架-剪力墻分開布置、在框架結(jié)構(gòu)的若干跨內(nèi)嵌入剪力墻、在單片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)分別布置框架和剪力墻。由于現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，人工計(jì)算已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的需求，因此必須使用相關(guān)的工程軟件進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，這樣才能確保高層建筑框架-剪力墻的設(shè)計(jì)更合理。

二、高層建筑框架-剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、連梁設(shè)計(jì)

第一，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需特別注意連梁設(shè)計(jì)。因?yàn)檫B梁部分對(duì)于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定有重要影響，因?yàn)?，按照多道設(shè)防的要求進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，墻體是第一道防線，在設(shè)防地震、罕遇地震下先下框架破壞，而連梁是墻體中主要的構(gòu)件。在設(shè)計(jì)時(shí)，要控制連梁的高度，同時(shí)還要讓洞口的寬度合理，符合建筑功能的要求。對(duì)連梁的設(shè)計(jì)主要由剪力墻的洞口寬度的設(shè)定，要控制連梁、洞口等相關(guān)的數(shù)據(jù)。一般來說，連梁和洞口的關(guān)系是反比例。當(dāng)連梁的高度降低，其跨高比就會(huì)增加。而結(jié)構(gòu)的抗震性，需要兩者的兼顧考慮。

第二，要想控制結(jié)構(gòu)中裂縫的出現(xiàn)，那么就要適當(dāng)折減連梁的剛度。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，連梁剛度相對(duì)框架-剪力墻較小。截面承受的彎矩和剪力較大，配筋設(shè)計(jì)困難。因此，在不影響承受豎向荷載能力的前提下，允許適當(dāng)開裂，即折減剛度；把內(nèi)力轉(zhuǎn)移至相連剪力墻上。但折減系數(shù)不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力，實(shí)現(xiàn)連梁的強(qiáng)剪弱彎的原則。此外要對(duì)結(jié)構(gòu)的其它構(gòu)件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此外，為使結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定剛度彈性參與整體分析需要通過對(duì)結(jié)構(gòu)的合理配筋來實(shí)現(xiàn)。因此，要將連梁內(nèi)部的作用力轉(zhuǎn)移，形成塑性內(nèi)力重分布，將作用力合理分配給各受力構(gòu)件，以此降低連梁的開裂影響。

第三，不斷調(diào)整剪力墻厚度，在設(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，根據(jù)水平、豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用及構(gòu)造要求適時(shí)對(duì)剪力墻厚度進(jìn)行調(diào)整。如果結(jié)構(gòu)中存在底部轉(zhuǎn)換層或存在框支剪力墻時(shí)，在保證建筑具有穩(wěn)定性的前提下，按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)將底部剪力墻的厚度提高?？偠灾?，在設(shè)計(jì)連梁的時(shí)候，涉及到的問題較多，而且需要解決的問題也不少。不單單是要保證連梁的剛度，還要讓連梁具有一定的抗剪能力。當(dāng)建筑剪力墻能夠滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，建筑的安全性及經(jīng)濟(jì)性能得到較好的保證。

2、墻肢設(shè)計(jì)

第一，墻肢的布置影響著建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，正是因?yàn)閴χ闹匾?，因此需要科學(xué)的控制墻肢?？傮w來說，在設(shè)計(jì)墻肢厚度的時(shí)候，要與國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相符，一般來說，高層建筑都有地下室，做為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。但是也有特殊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)建筑中沒有地下室，那么就要重視結(jié)構(gòu)布置。在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)墻肢小偏心受拉情況的出現(xiàn)，當(dāng)雙肢剪力墻中一個(gè)墻肢出小偏心受拉時(shí)，該墻肢可能會(huì)出現(xiàn)水平通縫而嚴(yán)重削弱其抗剪能力，抗側(cè)剛度也嚴(yán)重退化，由荷載產(chǎn)生的剪力將全部轉(zhuǎn)移到另一個(gè)墻肢而導(dǎo)致另一墻肢抗剪承載力不足。剪力會(huì)在墻肢中重新分配，因此，墻肢的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)的增大。

第二，隨著建筑越來越高，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該使得結(jié)構(gòu)具有很好的空間工作性能?？蚣?剪力墻是框架和剪力墻共同承擔(dān)豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)體系，布置適量剪力墻是其基本特點(diǎn)。無論是否抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該采用雙向抗側(cè)力布置，且結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的剛度和承載力不宜相差過大；科學(xué)合理的構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)的空間性能。因此，在框架-剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)禁在需要抗震設(shè)防區(qū)域使用單向剪力墻抗側(cè)力設(shè)計(jì)。應(yīng)在兩個(gè)主軸方向均應(yīng)布置剪力墻，保證平面均勻分布，剛度中心要和建筑的整體質(zhì)心相重合或者是盡量靠近，如此可以很大程度上減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。以體現(xiàn)多道設(shè)防的要求。

三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、剪重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

剪重比是建筑抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于高層建筑的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來說剪重比更加重要，因?yàn)榧糁乇葘?duì)于剪力墻具有重要的意義。如果剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期比較長，加速度變化以及地面位移對(duì)其影響就比較大，但是，現(xiàn)實(shí)中很難準(zhǔn)確計(jì)算傳統(tǒng)振型的分解法，因?yàn)榈卣鹩绊懴禂?shù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，長期作用會(huì)給選值帶來很大影響，使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不相符。因此在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中確定剪重比時(shí)，一定要與各樓層的水平地震力相比取其最小值，因?yàn)榧糁乇冗_(dá)到最小，才能滿足高層建筑安全方面的要求。

2、剛重比的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剛重比與剪重比一樣具有重要的意義，因?yàn)閯傊乇燃戎苯臃磻?yīng)結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比，又是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要保障，是影響重力P-△效應(yīng)的主要參數(shù)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性較小。主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)不致過大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛重比減小時(shí)，重力P-△效應(yīng)會(huì)呈非線性關(guān)系急劇增長，直至引起結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平力較小時(shí)，如計(jì)算的樓層剪重比小于0.02時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度雖能滿足水平位移限值要求，但有可能不滿足剛重比的要求。因此，必須嚴(yán)格按照建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定剛重比。

3、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能設(shè)計(jì)

（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)相比單獨(dú)的框架結(jié)構(gòu)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻是重要的組成部分，是抵抗地震作用的第一道防線，在地震作用下，由于塑性內(nèi)力重分布，框架部分按側(cè)向剛度分配的剪力會(huì)比多遇地震下加大，但為保證作為第二道防線的框架具有一定的抗側(cè)力能力，需要對(duì)框架承擔(dān)的剪力給以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；主要是根據(jù)各層框架承擔(dān)地震作用力與底層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)地震作用總剪力的比值為參數(shù)進(jìn)行。地震作用力主要是沿框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向，但并不是兩個(gè)主軸方向上的作用力都會(huì)達(dá)到最大值。正交作用在豎向抗震構(gòu)件中作用明顯，所以框架結(jié)構(gòu)需要在節(jié)點(diǎn)核心位置設(shè)置足夠的箍筋，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中因?yàn)榧袅Φ拇嬖冢挥每紤]正交作用的影響。

（2）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的高度方向上，如果存在結(jié)構(gòu)布置不連續(xù)，在底部側(cè)向剛度較弱部位處，在地震作用下就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)曲率延性集中在側(cè)向剛度底部軟弱的位置，這樣會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。所以，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要重視剪力墻高度的連續(xù)性。同時(shí)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的承載力部分一定要盡量保持截面設(shè)計(jì)的承載力和地震反應(yīng)相適應(yīng)。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，深連梁剪力比較大，但是延性比較低，沒辦法與整體結(jié)構(gòu)的延性保持一致。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該限制剪力墻延性，有時(shí)為了能在彈性階段吸掉大部分能量，就需要提高剪力墻承載力，但是這種方法存在的問題就是會(huì)提高工程造價(jià)，為了避免工程造價(jià)過高，可以采用雙連梁，這種方案可以有效改善連梁的受力。

四、結(jié)束語

總而言之，在高層建筑的項(xiàng)目中，應(yīng)用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是比較廣的。其組成形式較為靈活，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)如果處理好框架和剪力墻之間的關(guān)系。可使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)更好地發(fā)揮兩種結(jié)構(gòu)自自我作用并且使整體合理地工作。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要注意重點(diǎn)部位的設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求去施工，這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和建筑功能性都有很好的保證。

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1007-6344（2017）05-0106-01