高層建筑框架剪力墻結構設計應用探討

【摘要】在高層建筑中框架剪力墻結構是較為常見的結構。它的應用范圍較為廣泛，不僅能夠使高層建筑更加穩定，而且還能增強其防震功能。但在施工過程中則要根據工程的具體特點進行設計。本文主要從框架剪力墻結構概述、高層建筑框架剪力墻設計及其應用以及對剪力墻結構進行計算、設計、優化的措施等方面對高層建筑框架剪力墻結構的相關問題進行了探討。

【關鍵詞】高層建筑；框架剪力墻；結構設計；應用

隨著我國城市可利用空間的不斷減少，人們建造了越來越多的高層建筑，以達到擴大使用空間的目的。面對傳統的混凝土結構以及砌體結構中表現出來的可利用空間不足以及建筑中存在的各種問題，使得人們加大了對高層建筑各種結構形式進行研究的力度。目前高層建筑的結構形式主要包括框架結構、框架—剪力墻結構及剪力墻結構等等。對于超高層建筑來說，還包括筒體結構以及框架—筒體結構等等。由于現代建筑的結構越來越復雜，人工計算已經不能滿足結構設計及計算的需求，因此必須使用相關的工程軟件進行計算。在進行結構設計時，首先要對結構的概念進行設計，其次通過計算機軟件進行設計，最后對輸出數據進行分析。

一、框架剪力墻結構概述

框架剪力墻結構也被稱為框剪結構。這種結構的主要形式是將一定數量的剪力墻布置于框架結構中，平面布置非常靈活，形成自由靈活的使用空間，且可用空間較大，從而滿足不同建筑對功能的要求。而且剪力墻的數量使得建筑有較大的側向剛度，增加了建筑的穩定性，提高了其抗風能力以及抗震能力。

框架剪力墻結構是由框架結構和剪力墻結構這兩種抗側力結構不同的結構組成的新的受力形式，因此它的框架以及剪力墻都和單純的框架結構以及剪力墻結構中的不同。在框剪結構中，在建筑物的下部樓層，剪力墻的位移較小，和框架共同按照彎曲型曲線進行變形，而大部分水平力由剪力墻承受；在上部樓層則剛好相反，剪力墻位移較大，有外側的趨勢，而框架的趨勢則是內收，框架和剪力墻按照剪切型曲線進行變形。框架不但要承擔外荷載產生的水平力，而且還要承受將剪力墻拉回的附加水平力。而剪力墻則不用承受荷載產生的水平力，而且還要承受負剪力。

二、高層建筑框架剪力墻設計及其應用

由于高層建筑的結構較為特殊，因此不但要保證建筑的可用空間，而且要保證建筑的穩定性以及防震抗災能力。而框架結構就是一種穩定性較強且施工程序較為簡單的結構。在高層建筑中進行框剪結構的設計和應用時，應注意以下兩方面。

1.連梁的設計

連梁設計的主要問題是，首先，對混凝土材料的質量要求較高。連梁的設計及施工質量對整個框架結構的影響是比較大的，因此必須選擇質量較高的混凝土材料。也就是說，要想使框剪結構的性能達到最佳，就必須對混凝土材料的質量進行嚴格控制。其次，控制剪力墻洞口寬度以及連梁高度。在連梁設計中，剪力墻洞口寬度是非常關鍵的環節。而且還要以剛度需求為依據，對設計標準進行提升。一般情況下，二者之間成反比關系。在連梁高度較低的情況下，洞口寬度就會較大。但只有在二者共同作用的情況下，建筑的整體抗震功能才能提高。再次，適當折減連梁的剛度，目的是降低裂縫出現的可能性。進行折減時，要從連梁的設計階段開始，對每個參數的技術以及剛度問題進行計算。最后，對剪力墻的厚度進行不斷調整。當對剪力墻的厚度進行調整時，也必須根據調整幅度對連梁進行調整。總而言之，在進行連梁設計時，需要對諸多問題進行考慮，使得剪力墻的結構能夠得到保證，從而為后續工作奠定基礎。

2.墻肢的設計

首先，對墻肢厚度進行控制。墻肢的厚度能夠為剪力墻結構的性能產生較大影響，因此必須對其進行控制。其次，剪力墻的結構布置。采取雙向布置的方式，使得建筑物的空間設計更加科學合理。而且，為了滿足建筑物的防震性能，必須做到不將單向剪力墻設計應用于需要抗震設防的區域。此外，要保證剪力墻結構平面的分布較為均勻，使得剛度中心和建筑的質心相互重合或距離較近，從而達到減小扭轉效應的目的。

三、對高層建筑框架剪力墻結構的計算以及設計進行優化的措施

1.剪力墻結構計算的優化

對剪力墻結構計算進行優化，一方面要遵循樓層最小剪力系數的調整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩小于或等于40%的要求下，盡可能使所布置的剪力墻的數量較小。以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層的最小剪力系數接近規范限制，這樣就能有效減輕結構的自重，使得地震對建筑物的破壞力減小，而且能夠降低工程施工成本。另一方面還要遵循樓層最大層間的最大位移與層高之比的調整原則。相關規范規定在計算多地震樓層作用時樓層的最大層間位移時，以樓間的彎曲變形為主，并將其計入扭曲變形的范圍，可不用扣除結構整體彎曲變形，因此應該盡可能的降低高層建筑的扭轉變形。但也不能僅以這些層間位移為依據，還應該以其他數據為參考。

2.剪力墻結構設計的優化

一方面，剪力墻墻肢的截面應該簡單且規則。剪力墻的豎向剛度要做到均勻，門窗洞口應該做到上下對齊，使得墻肢和連梁較為明確。而且應力分布也要做到規則，要與當前應用較為廣泛的計算簡圖符合，保證設計結果的安全可靠。另一方面，剪力墻的特點是平面內的剛度以及承重力都較大，而平面外的則都較小。因此應該對剪力墻平面外的彎矩進行控制，使得剪力墻平面外保持穩定。

結束語：

綜上所述，高層建筑框架剪力墻結構的作用是非常明顯的，它一方面具有增大建筑物的可用空間，另一方面提高建筑物的穩定性和防震抗災能力的優勢，因此對建筑物的性能能夠產生重大影響。因此在現代城市的高層建筑中，要對框剪結構進行有針對性的應用。而在框剪結構的計算及設計過程當中，要對各項數據及技術進行嚴格把控，尤其是對可能會對建筑的性能產生重大影響的環節，更是要多加計算和考慮，從而保證高層建筑的功能和性能都滿足人們的實際需要。

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