高層建筑框架剪力墻結構設計的探討

王成偉

摘要：剪力墻框架結構比傳統的框架結構在性能上更具優勢，另外剪力墻框架結構的靈活性很好，可以為業主提供更多的裝修和改造空間。本文概述了高層框架剪力墻結構的應用以及結構設計要點，以為設計人員提供一些可行的建議。

關鍵詞：高層建筑；框架剪力墻；結構設計

中圖分類號：TU973.16文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-154-02

前言

高層建筑雖然在一定程度上緩解了住宅土地緊張的情況，但一旦出現問題，就會發生重大事件，高層住宅建筑的剪力墻結構體系的水平決定了建筑物的經濟性能與安全性能，這就要求結構設計人員要根據相關要求和專業知識，優化高層結構體系。

1.框架剪力墻結構設計概述

高層建筑相比普通建筑，結構比較復雜，框架剪力墻結構有效結合框架結構與剪力墻結構的優點，使其在高層建筑中得到廣泛應用。對于框架剪力墻結構優化設計，要同時考慮結構的受力，穩定性以及工程造價，這樣才會使框架剪力墻結構的優化真正兼具經濟性與使用性。高層建筑結構設計中要特別注意抵抗水平荷載的作用力，框架剪力墻結構中抵抗側力的主要是剪力墻，所以剪力墻剛度對于結構的優化具有重要的意義，在高層建筑具體設計，施工中，一定要保證剪力墻的合理剛度。

2.高層建筑框架剪力墻設計應用

2.1連梁設計

第一，對于施工中使用的材料嚴格要求，尤其是混凝土。因為連梁的部分從設計到施工對于建筑的框架都有影響，因此要求建筑的框剪能力符合規定，只有框剪能力達到標準的時候，才能滿足施工的要求。因此在提高建筑框架的框剪能力時，就要從建筑的材料出發。通過加強混凝土的等級，使其性能提高，從而保證連梁具有抗剪能力。因此不完善的設計會讓混凝土在施工的時候有安全隱患，出現裂縫這樣的問題，因此要在混凝土的設計環節，保證合理性。而建筑結構在后期施工的時候，也要對結構維護，并且要保證維護的效果。

第二，要控制連梁的高度，同時還要讓洞口的寬度合理，對建筑連梁的設計主要就是設計剪力墻的洞口寬度，而且在設計的時候，要以連梁的強度以基準，提高結構設計的標準。不能忽視的是在對連梁設計的同時，也要控制連梁、洞口等相關的數據。一般來說，連梁和洞口的關系是反比例。當連梁的高度降低，其跨度就會增加。而建筑的抗震性，需要兩者的共同合作。因此在保證建筑的抗震性上，要從連梁以及洞口的角度出發。

第三，要想保證建筑中出現的裂縫少，那么就要折減連梁的剛度。如果連梁被折減，那么連梁的剛度被分散，這樣建筑的裂縫就減少。在折減連梁上要從設計階段開始，然后計算連梁的剛度以及其他的參數等，同時還要知道涉及的技術問題。此外要對建筑的各個標準合理的設計，保證建筑中的構件功能具有較高的形式，使建筑的構件具有彈性，而且彈性力較強。在控制連梁剛度上不僅僅是為了讓建筑有抗震性，更是因為剪力墻的結構很特殊，為了能夠讓結果具有一定的效果，需要通過對建筑結構配筋來實現。此外在判斷結構的方向是橫向還是豎向的時候，要將連梁內部的作用力轉移，將力度有外部傳導內部，以此降低連梁的開裂影響。

第四，不斷的調整剪力墻厚度，在設計連梁的時候，要注意剪力墻的厚度，同時根據要求調整剪力墻的厚度。如果要求建筑結構中的剪力墻具有超高的厚度，在保證建筑具有穩定性的前提下，將剪力墻的厚度提高。總而言之，在設計連梁的時候，涉及到的問題較多，而且需要解決的問題也不少。一些問題涉及的范圍很廣，不單單是要保證連梁的剛度，還要讓連梁具有抗震性，同時也有抗剪性。當建筑剪力墻能夠滿足設計要求的時候，后續的施工就更容易。

2.2墻肢設計

第一，墻肢的厚度與建筑結構的穩定緊密結合，而且其厚度還影響著建筑結構的可靠性，正是因為墻肢的重要性，因此需要科學的控制墻肢。總體來說，在設計建筑墻肢厚度的時候，要與國家規定的標準相符，而且還要按照流程工作。可是在實際的設計中，會出現一些問題而使墻肢的厚度出現偏差。盡管高層建筑的規模大，而且高度很高，但是高層建筑也是住宅建筑的一種，因此高層建筑的墻肢，設計中的厚度要與實際工程中的厚度相同。一般規定標準的厚度是在200mm內。一般來說，高層建筑都有地下室，但是也有特殊的結構，當建筑中沒有地下室，那么就要重視建筑中的結構，用結構來保證建筑的穩定。在對建筑結構設計的過程中，要綜合分析一切影響因素，使其在施工的時候，能夠控制，而且要知道存在的問題，這樣能夠讓設計結構更合理。通過使用的結構方案是一字型。

第二，剪力墻的結構布置，隨著建筑越來越高，建筑的綜合性能也日漸提升，因此，建筑設計中，應該使得建筑具有很好的空間工作性能。因此，在進行剪力墻結構設計時候，應該采用雙向布置，科學合理的構成建筑結構的空間性能。同時，由于對建筑的抗震性能有了更高的要求，因此，在剪力墻設計時候，嚴禁在需要抗震設防區域使用單向剪力墻設計。在進行剪力墻設計時，要保證平面均勻分布，剛度中心要和建筑的整體質心相重合或者是盡量靠近，如此可以很大程度上減小扭轉效應。

3.框架剪力墻結構的設計要點

3.1剪重比的設計要點

剪重比是建筑抗震設計中的一個重要參數，對于高層建筑的框架剪力墻結構來說剪重比更加重要，因為剪重比對于剪力墻具有重要的意義。如果剪力墻結構的設計周期比較長，加速度變化以及地面位移對其影響就比較大，但是，現實中很難準確計算傳統振型的分解法，因為地震影響系數經常會出現較大的波動，長期作用會給選值帶來很大影響，使得計算結果與實際情況不相符。因此在框架剪力墻結構中，確定剪重比時，一定要與各樓層的水平地震力相比取其最小值，因為剪重比達到最小，才能滿足高層建筑安全方面的要求。

3.2剛重比的設計要點

在框架剪力墻結構中，剛重比與剪重比一樣具有重要的意義，因為剛重比既直接反應建筑結構剛度與重力荷載之比，又是框架剪力墻結構穩定性的重要保障，因此，高層建筑技術人員必須嚴格按照建筑工程技術標準確定剛重比。同時，高層建筑框架剪力墻結構的設計要結合工程實際情況以及工程施工標準，這樣才能保證剛重比的設計合理。

3.3框架剪力墻結構的整體抗震性能設計

框架剪力墻結構包含框架和剪力墻這兩種結構，只有兩者合理布置才能發揮不同結構的優點，使得框架剪力墻結構有較大的抗側剛度，側向變形在剪切變形之間，能夠有效降低樓層變化產生的位移變化，更容易獲得較大空間。

（1）框架剪力墻結構相比單獨的框架結構，對梁。柱節點要求比較低。框架剪力墻結構中剪力墻是重要的組成部分，所以結構中的梁縱筋在節點區錨固要求較低，與框架結構要求不同。地震作用力主要是沿框架剪力墻結構的兩個主軸方向，但并不是兩個主軸方向上的作用力都會達到最大值。正交作用在豎向抗震構件中作用明顯，所以框架結構需要在節點核心位置設置足夠的箍筋，框架剪力墻結構因為存在較多剪力墻，不用考慮正交作用的影響。

（2）在框架剪力墻結構的高度方向上，如果存在結構不一致，有超強部位，也有軟弱的位置，在抗震作用下，就會導致結構曲率延性集中在結構比較軟弱的位置，這樣會對結構產生破壞。原因就在于軟弱的位置因為作用力出現很大的非彈性變形，但是其他位置仍舊處于彈性階段，所以，框架剪力墻結構的設計要重視剪力墻高度的連續性。同時，框架剪力墻結構設計中的承載力部分一定要盡量保持截面設計的承載力和地震反應相適應。剪力墻對于框架剪力墻結構抗震設計具有重要的意義，所以要注意剪力墻的延性設計，雙肢剪力墻的延性相對較好，其各層連接梁能夠形成塑性鉸，這樣就能夠有效的吸能。耗能，提高剪力墻延性，延緩底層墻鉸產生。

（3）框架剪力墻結構設計中，深連梁剪力比較大，但是延性比較低，沒辦法與整體結構的延性保持一致。所以在設計中應該限制剪力墻延性，有時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提高工程造價，為了避免工程造價過高，可以采用雙連梁，這種方案可以有效改善連梁的受力。設計過程中通常采用雙連梁剪力墻設計方法，這種方法的優點在于降低連梁剛度，同時還可以有效降低截面承載的彎矩以及剪力，從而改善連梁受力性能，這樣就不會發生連梁截面超筋的現象。除此之外，在框架剪力墻結構設計中把雙連梁和其他不同類型的連梁超筋方案進行有效結合，這樣就會實現受剪面積不變，但是連梁與剪力墻兩者的受力得到改善的目標。

4.結語

高層建筑結構中的框架剪力墻結構設計與施工日漸成熟，但是隨著人們對建筑功能要求的提高，框架剪力墻結構設計還需要及時改進。把高層建筑的安全性、抗震性作為施工中應該時刻遵守的原則，為框架剪力墻結構設計的合理性提供保障，促進高層建筑的質量提高。