高層建筑框架剪力墻結構設計分析

丁傳平

青海省地礦建筑勘察設計院 青海 西寧 810001

1 框架剪力墻結構工程的概述

框架剪力墻結構工程是由剪力墻結構和多種框架結構共同組成的一種承重結構，具有空間布置靈活、施工方便、抵抗水平荷載能力高等方面的優點，是目前建筑使用比較廣泛的一種結構體系。建筑框架剪力墻結構工程是集剪力墻結構和框架結構為一體的綜合性建筑結構工程，其一般是使用混凝土墻板作為結構的梁柱體系，利用剪力墻承擔工程的水平荷載和豎向荷載的一種建筑，框架剪力墻結構是由于框剪結構是在繼承了框架結構的基礎上融合了剪力墻結構[1]。

2 框架剪力墻結構工程的主要特征

框架剪力墻結構工程的特征主要體現在：①受力特征。框架剪力墻結構主要由框架與剪力墻兩部分組合而成一種新的受力形式，與傳統建筑結構形式具有很大的區別，在建筑低下的樓層，一般情況下剪力墻的位移比較小，變形的特征是拉著框架按照彎曲的曲線變形，并且能夠承受大部分的水平力。而建筑上部分結構則會發生較大的位移，并且具有外側的趨勢，但是因為框架具有內收的趨勢，框架拉剪力墻按照剪切型曲線變形，除了要承擔外荷載產生的水平力，同時還承載了將剪力墻拉回的附加水平力。②抗震特征。結合建筑框架剪力墻受力特點，為提高其抗震能力，在進行設計時需要合理確定剪力墻剛度與框架的比例，以此來提高結構體系與框架對建筑結構穩定性的作用，提高建筑結構抗震能力。在設計建筑工程框架剪力墻系統時，還需要對施工當地地質情況進行分析，合理確定建筑抗震等級[2]。

3 某高層建筑框架剪力墻結構工程的概況

某高層建筑工程地表無不良地質現象，設計使用年限為50年，建筑耐火等級為二級。抗震設防烈度為七度，主體為剪力墻結構，裙房為框架結構。地基基礎設計等級為乙級，主體為筏板基礎，裙房為柱下獨立基礎和墻下條形基礎。主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。

4 高層建筑框架剪力墻結構設計的原則及其應用分析

4.1 高層建筑框架剪力墻結構設計的主要原則

主要表現為：第一、可靠性原則。可靠性是剪力墻結構設計的基礎工作；第二、安全性原則。剪力墻結構建設就是為了增強建筑的抗震性能，保證房屋及構筑物的安全施工。并且剪力墻結構設計可以保證剪力墻結構安全可靠度，也能夠使剪力墻結構的功能得到最大化程度的發揮。第三、經濟性原則。建筑剪力墻結構設計過程中，為了節省工程成本，可以從技術手段以及原材料的使用等方面著手。

4.2 高層建筑框架剪力墻基礎設計的應用分析

該高層建筑工程上部12層帶1層地下室，根據勘察報告，取筏板厚為1000mm，經細算后筏板可減至800mm，經濟性明顯。因此，基礎選型應作方案比較，才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對小高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數計，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據筏板配筋情況調整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用非常重要，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達百米以上，中間就設置幾條后澆帶。

4.3 高層建筑框架剪力墻結構設計應用的分析

具體體現在：①合理布置剪力墻。剪力墻的布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合。在結構布置應避免“一”字形剪力墻，若出現則應盡可能布置成長墻；應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的2.5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件時兩個方向均應布置成長墻；規范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程主梁擱置在剪力墻上的，在相應部位設置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。②剪力墻配筋及構造設計要點分析。第一、剪力墻配筋。該工程剪力墻一層墻厚為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。六層以下水平筋Φ10@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@400拉筋；六層以上Φ8@200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋14@200為主要受力鋼筋，水平筋則構造配置，該工程均取12@150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。為增大計算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內側，豎向鋼筋放在外側。第二、剪力墻邊緣構件的設置。相關研究表明，鋼筋混凝土設置邊緣構件后與不設邊緣構件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩定性，因此一般一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件；其余剪力墻應按《高規》設置構造邊緣構件。有工程技術人員對某具體工程計算結果中在墻肢軸壓比小于0.25情況下計算配筋僅為構造配筋，而約束邊緣構件配筋則高達40c㎡，造成設計時鋼筋配置困難，施工難度更大，所以對剪力墻的配筋應首先區分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待。

5 結束語

綜上所述，高層建筑框架剪力墻結構在不僅能夠滿足建筑的基本使用功能，而且能夠滿足人們對建筑的個性化、經濟性和耐久性需求，有效保證了建筑質量，實現了工程成本的降低。因此對高層建筑框架剪力墻結構設計的要點及其應用進行分析具有重要意義。