實例分析高層建筑框架剪力墻結構設計

班縣委

上海華東建設發展設計有限公司

實例分析高層建筑框架剪力墻結構設計

班縣委

上海華東建設發展設計有限公司

本文結合框架剪力墻結構的變形及受力特點，對其設計中應注意的要點進行分析和探討，以供參考。

高層建筑；框架剪力墻；結構設計

前言

目前在建筑工程中，尤其是現代高層商業、辦公以及住宅建筑中，框架- 剪力墻結構形式的應用十分普遍。該結構形式能夠為建筑平面提供較大的使用空間，同時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- 剪力墻結構設計極為必要。

1 框架剪力墻結構的變形及受力特點

框架剪力墻建筑結構，主要是通過平面內部無限大剛度的樓蓋將框架和剪力墻連接在一起，促使其形成一個網絡結構，以便于能夠共同承擔水平方向的側應力，不再單獨承受各種彎曲變形或者是剪切變形所帶來的影響。通常來說，框架- 剪力墻在同一樓層中的位移基本上是相同的。因此框架- 剪力墻結構在水平面內的位移表現為介于框架與剪力墻間的形態，為反S 型的曲線，也就是彎剪型。因此對于框架剪力墻結構而言，剪力墻在下部的層面中形變較小，基本上承擔了大約80%及以上的水平向剪力，而在高層建筑的上部，框架結構的形變則相對較小，能夠輔助剪力墻共同受力，以便于抵抗剪力墻的外拉時的形變，確保其能夠承受更大的水平剪切力。可以說，框架- 剪力墻結構融合了框架結構和剪力墻結構的共同優勢，能夠有效協調水平形變，并實現降低結構性形變的目標，有力的增加了結構的側向剛度，提升了整個建筑物的抗震性能，尤其適用于高層建筑的結構設計中。

2 工程概況

某商貿中心3# 樓是以辦公樓、商業樓為一體的商貿中心項目。本工程為地下一層、地上二十七層的一類高層辦公綜合樓，3# 樓工程總建筑面積54687.93m2，采用框架剪力墻結構。其中地上總建筑面積(計容)49568m2，建筑占地面積2110.83m2，建筑總高度97.2m。地下室一層為車庫及設備用房，一層為商業及辦公門廳和消防控制室，二層及二層以上為辦公區域。

2.1 框架剪力墻結構分析

在該工程中框架在水平荷載作用下的變形曲線呈剪切型，其水平側移量與受到的剪力有關，越往下受到的剪力累加值越大，因此下部的側移量比上部要大。剪力墻變形曲線呈現彎曲型的特點，此時剪力墻類似于懸臂受彎構件，并且其水平側移量主要與所受的彎矩大小有關，其側移量與框架相反，是上部的側移量比下部要大，頂點水平位移值與高度是四次方關系：

式中H-總高度；EI-彎曲剛度

框架剪力墻力墻結構中，剛性樓板把其中的框架部分和剪力墻部分聯系起來，使之協同工作，共同承擔水平荷載作用，變形一致，把框架的剪切型變形特征與剪力墻的彎曲型變形特征組成一種彎剪型變形結構。在水平荷載作用下，這種變形協調可以讓框架和剪力墻之間產生相互的作用力。框架剪力墻的樓層剪力分配是隨著高度的變化而變化。在建筑下部，由于剪力墻產生的位移小，這樣就限制約束了框架的變形，因此剪力墻承受了大部分剪力作用，兩者之間產生壓力，因此框架的側移減小。在建筑上部，框架的側移量逐漸變小，剪力墻的側移量卻逐漸變大，因此框架限制了剪力墻的變形，兩者產生拉力，并且框架還要承受剪力墻變形產生的附加剪力作用。從上可以看出，框架剪力墻下部分產生的變形比框架結構要小，并且上部比剪力墻結構要小，結構各處變形趨勢比較均勻。通過以上分析可以看出框架剪力墻結構的應用有著明顯的優勢，同時為了讓這一優勢得到充分的發揮，就必須要合理布置框架與剪力墻，確保兩者能夠協同工作。

2.2 結構布置及初選截面尺寸

(1)混凝土強度等級的選用：梁、板-1～4 層、屋面及出屋面構件為C30，其余各層均為C25；墻、柱的-l～3 層為C45，4～8 層為C40，9～15 層為C35，16～22 層為C30，23 層以上為C25。按照建筑設計確定的軸線尺寸和結構布置的原則進行結構布置。剪力墻除在電梯井及樓梯間布置外，在3-4 軸、3-15 軸、3-F 軸、3-G 軸、3-L軸各設一道墻。

(2)柱截面尺寸：柱截面尺寸應依據軸壓比限值來確定，同時結合結構類型、建筑高度等因素，最終本次工程選用矩形柱截面，框架剪力墻的抗震等級均為三級。

(3)為了避免剛度突變問題的出現， 剪力墻開洞時洞口要上下對齊。

2.3 剪力墻的最大間距

剪力墻之間間距不宜過大，以防止樓板變形過大。剪力墻之間如果無大洞口的樓面的話，則剪力墻的最大間距、建筑物總寬度之間的比值應該滿足相關要求。如果剪力墻之間有大洞口，其長寬比還要比表中的要相應減小。并且一般來說，現澆板中最大間距和建筑物總寬度的比值不應大于4；對于裝配整體來說，最大間距與建筑物總寬度的比值應控制在2.5 以下。本次工程設計中，兩者的比值設計在1～2 之間。

2.4 剪力墻的構造要求

概括來說，邊框剪力墻構造應滿足以下要求：

(1)周邊應設暗梁：一方面邊框在約束墻肢的混凝土方面有著重要作用，能夠有效地提高構建承載力以及墻體延性；另一方面若框架梁和剪力墻相重合，可選保留，也可選擇不保留，但在不能保留時需要設暗梁。

(2)墻厚：抗震等級為一、二級的剪力墻，其底部加強部位的墻厚應大于200mm 以及1/6 層高；非抗震設計時墻厚要大于160mm 以及1/20 層高。

(3)剪力墻數量的確定，應以框架抗側移能力為前提，在確定框架梁、柱截面尺寸后，根據層間彈性位移角限值來計算。初步設計結算，剪力墻數量可按照以下公式來估算：剪力墻數量=(建筑底層剪力墻截面面積+ 全部柱截面面積)/ 樓面面積在數量設置時需要注意的是剪力墻并不是越多越多，并且為了發揮邊框的抗側力性能，以及確保框架剪力墻設計的經濟合理，剪力墻也不能無限增加。

(4)若框架梁和剪力墻合為一體，既可以保留框架梁，也可以設計為界面高度為2 倍墻厚，寬度和墻厚相同的暗梁。縱向鋼筋除按最小配筋率計算外，還要滿足縱向受力鋼筋應配置在邊柱截面內，邊框柱箍筋間距既要滿足加密區的設計要求，還要沿全高加密。

(5)框架剪力墻的布置原則主要有：剪力墻的間距不應過大，以保證樓蓋具有足夠的剛度；剪力墻的布置位置應選擇在建筑物周邊、電梯間及恒載較大的部位；為了形成明確的墻肢和連梁，剪力墻的門窗洞口要整齊、成列布置；為了避免剪力墻布置產生扭轉現象，在平面布置時應盡量保障剛度中心和重力中心的靠近或吻合。

3 結束語

總而言之，框架- 剪力墻結構形式融合了框架結構和剪力墻結構的雙重優勢，對于提高整個建筑物的穩定性和安全性功不可沒。

[1]朱孝弟，潘曉鵬.框架-剪力墻結構中剪力墻的設計[J].河南建材，2010 (5)：120.

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