高層建筑結構中的框架剪力墻設計分析

姜力東

【摘要】剪力墻結構的設計質量對對高層建筑的整體質量具有十分重要的影響，它是高層建筑設計的一個重要組成部分。剪力墻結構的設計形式差異會形成不同的施工工序，優化剪力墻結構的設計必須得到重視。針對這一問題，本文從高層建筑設計的特點出發，分析了高層建筑的結構體系，從而進一步分析了高層建筑框架剪力墻結構的優化設計，望相關研究人員相互討論和借鑒，在交流中得出更加科學的結論。

【關鍵詞】高層建筑；框架剪力墻；優化設計

1 引言

由于科學技術與經濟實力的發展，城市中的高層建筑設計已經十分普遍，高層建筑已經成為社會發展的一種需求。框架剪力墻結構在高層建筑中不斷得到應用，已經成為高層建筑設計的一個重要成分。就目前的發展狀況來說，框架剪力墻結構設計仍具有明顯的不足之處，這些缺陷可能會給高層建筑帶來明顯的不良影響，優化剪力墻結構設計勢在必行。

2 城市高層建筑結構設計的特點分析

2.1 水平荷載

水平載荷在高層建筑設計中具有決定性作用。一般而言，樓梯的自重和樓面運行過程中所產生的豎向載荷與樓房的高度成正正比，水平荷載對結構產生的傾覆力矩和軸力和樓房高度的平方成正比例關系。且豎向載荷的數值是固定的，但水平載荷隨著結構作用力特征的改變，其地震作用數值也會發生變化。

2.2 軸向變形

與水平載荷一樣，軸向變形在高層建筑設計中的地位同樣十分重要。由于高層建筑的事項荷載很大，極有可能造成柱體對策內部產生軸變形，影響連續梁的彎矩，造成連續梁中間支座彎矩值增大，材料的長度在這一過程中就顯得尤為重要了，在設計時要結合具體情況來選擇合適的材料長度，減輕軸向變形帶來的不良影響。

3 城市高層建筑的一般結構體系

3.1 框架―剪力墻體系

所謂框架—剪力墻體系是指在框架體系的強度和剛度無法達到建筑結構的要求時，合理設置剪力墻來替代部分框架，由此形成框架一剪力墻體系。在這一體系中。框架一般主要用來承受垂直載荷，而剪力墻則用來承受水平剪力，在到水平力作用的情況下，框架和剪力墻就會利用其樓板和連梁的所具有的強大剛度共同發揮作用。相對于框架體系來說，框架—剪力墻體系的能建高度要大得多，這是因為剪力墻有助于增大結構的側向剛度，減小建筑物的水平位移。

3.2 剪力墻體系

剪力墻體系就是指在受力主體全部為平面剪力墻構件時，則形成剪力墻體系，剪力墻體系的性能具有一定的優越性，這是由其本身所具有較高的強度和剛度決定的。在承受垂直方向上的水平作用力時，它的位移曲線會呈現彎矩形狀。

3.3 筒體體系

筒體體系是指用筒體作為抗側力構件的結構體系，常見于跨度較大的建筑之中，它具有很強的強度和剛度，能使構建之間受力均勻，抗震性能優越。其形式多樣，主要分為實腹筒和空腹筒。實腹筒是由平面和曲面構成的三維結構簡體，空腹筒則是由密集的柱體和窗裙梁所構成的一種空間受力構件，筒體體系具有非常顯著的優越性。

4 城市高層建筑結構分析

4.1 高層建筑結構分析的基本假定

4.1.1 彈性假定。彈性的計算方法在當前的高層建筑結構分析上應用最為廣泛。在實際工作中，彈性假定基本符合結構工作狀況，在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，但彈性計算方法并不是萬能的，當建筑受到外力作用時就會發生位移或者出現裂縫，這一階段被稱為彈塑性工作階段，彈性計算方法在這一階段無法反應結構的真實狀況，此時就需要用到彈塑性動力分析法來計算其內力和位移。

4.1.2 小變形假定。構件產生微小變形即構件在外力作用下產生變形，但其變形量遠小于構件本身的尺寸時我們就可以忽略構件的變形，按構建的原始尺寸來進行計算，使計算方式得以簡化。這種方法被稱為小變形假定，也是當前應用十分廣泛的方法。但在需要分析構件的剛度、強度、穩定性或研究大變形平衡問題時，小變形假定就不適用了。

4.1.3 剛性樓板假定。剛性樓板假定是指忽略平面外的剛度，將平面內的剛度假設為無限大，進而分析高層建筑結構的分析方法。這種假定能夠在很大程度上減小結構位移的自由度，使計算方法得到簡化。許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。這一假定大大減少了結構位移的自由度，簡化了計算方法。

4.2 高層建筑結構靜力分析方法

4.2.1 框架―剪力墻結構。

框架剪力墻結構內力和位移的計算方式有很多，但在未知量和不同因素的影響下不同方法實現的具體形式有所差異。一般來說，最常用的是連梁連續化假定的方式。即假定兩墻肢的水平位移完全相等，剪力墻和框架轉角位移相同，各墻肢或連梁的截面、層高等幾何尺寸相等，對連梁的軸向變形完全忽略不計，以此建立一個以位移和外部載荷為條件的方程式。這種假定在樓層數較多的情況下十分適用，且樓層越多，計算結果的精度越高。

4.2.2 剪力墻結構。

剪力墻的開洞大小會影響剪力墻的受力的特點和變形狀態，由于剪力墻的截面形狀和應力分布狀況不同，在計算內力和位移時也要采用不同的計算方法。剪力墻結構的機算法經常使用的是平面有限單元法，這種方法一般用于應力分布復雜的情形下，具有極強的適應性和靈活性，計算結果的精度高，其不足在于這樣計算會消耗很多時間。

4.2.3 筒體結構。

按對計算模型處理方式的不同可將筒體結構分析法分為等效連續化法、等效離散化法和三維空間分析法。本文主要分析了等效連續化的方法，用連續函數來描述結構的內力。另外一種就是將其進行幾何和物理上的連續化處理。這種方法一般在桿系結構的分析中應用較為廣泛。

結束語：建筑結構設計的主要目的是使建筑物能滿足其功能需求，保證建筑物的安全性、藝術性和實用性，優化結構設計能進一步提升高層建筑的質量，推動高層建筑向更高水平發展。此外，結構造價是建筑工程造價的一大主要部分，結構優化設計可以有效的降低工程造價，優化企業的綜合效益。相關從業人員要認真分析和討論當前建筑結構設計中所存在的問題，在注重經濟性的同時必須要重視技術性，加強人員培訓，積極引進新技術，新概念，推動建筑行業的持續發展。

參考文獻

[1]周曉莉.剪力墻結構設計中的若干問題探析[J].中國新技術新產品，2009（12）.

[2]姜峰.對房屋剪力墻結構設計問題的思考[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009（6）.

[3]陳曉豐，趙聲瑜.一種剪力墻結構設計[J].中國高新技術企業，2009（15）.