高層建筑框架剪力墻結構設計的分析

王剛

摘要：目前，隨著我國城市化建設的發展現狀各大城市中的高層建筑隨處可見，高層框架建立結構設計在房屋設計和建造過程中有著舉足輕重的作用，尤其是隨著近幾年地震等自然災害頻發，房屋建筑的科學、合理性就變得愈發重要。

關鍵詞：高層建筑；框架剪力墻；結構設計

引言

近幾年來，隨著城市化進程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結構的設計和應用受到了建筑企業的高度重視，剪力墻結構設計主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災害帶來的水平荷載。

一、高層建筑框架剪力墻結構設計的意義

在進行高層建筑結構設計的過程中，抵抗水平荷載作用的能力是結構設計過程中需要重點考慮的因素。在框架-剪力墻結構當中，剪力墻主要起到的作用就是抵抗側力，其承擔的風荷載和水平地震作用占到總量的80%。因此，框架-剪力墻結構當中剪力墻剛度（數量）的大小對于結構的抗震性能和經濟性能具有重要影響。如果剪力墻的剛度在設計時較小，則會導致建筑結構出現過大變形最終無法滿足使用要求；如果剪力墻的剛度在設計時選擇過大，則會導致建筑結構的自振周期降低，當建筑結構受到地震作用時的影響也會相應增大，必然導致建筑結構的上部結構內力增大，同時材料的使用量（主要是鋼筋混凝土）也會隨之增大。剪力墻的剛度過大還會導致基礎設計難度增加，導致基礎造價的增加，同時如果框架-剪力墻結構中剪力墻剛度過大，也會對框架承擔的水平作用產生負面影響。但是在進行結構設計的過程中，為了保證框架結構的安全性，采用的設計剪力必須不低于限值，這就意味著剪力墻不論有多少，框架部分所使用的鋼筋混凝土也不能減少。因此，從抵抗水平荷載作用的角度而言，剪力墻應該盡可能多的進行設計；但是從工程造價方面看，剪力墻應該盡量的減少，正是由于存在這樣的矛盾性，才出現了框架-剪力墻結構中剪力墻最優剛度的問題，同時這個問題在框架-剪力墻結構優化設計中是十分關鍵的。隨著建筑結構抵抗水平荷載，即結構抗風及抗震理論研究的不斷深入，同時先進的施工技術和設備在工程中的大量使用，特別是計算機輔助設計軟件的開發和廣泛應用，導致建筑結構設計人員具有了較強的依賴性，設計人員逐漸習慣性的認為，不需要自己動腦進行設計只需要使用計算機獲得結果就能滿足結構設計的需要，這樣必然導致在設計的過程中對結構經濟性及合理性的忽視。但是在進行結構設計的過程中，初選截面對于整個設計過程相當重要，如果設計人員具有較多的設計經驗，則能夠較好的選擇初始截面尺寸，從而可以使計算滿足要求。但是，并不是每一位設計人員都具有豐富的設計經驗，同時僅依靠經驗對結構進行設計，必然導致在設計的過程中無法對設計進行定性評估，并且會對設計效率產生影響。因此，在框架-剪力墻結構進行設計的過程中，如何保證剪力墻具有合理的剛度是一個值得研究的內容，同時通過研究也可以為設計人員提供一定的參考，使其在進行初步截面選擇時能夠節省時間，同時保證設計滿足需要。

二、框架-剪力墻結構設計分析

（一）框架-剪力墻結構的受力特點

框架-剪力墻結構由框架和剪力墻兩種不同的結構組成，框架具有較好的延性、剪力墻具有較大的抗側力剛度，二者通過具有良好耗能性的連梁組成，因此對于抗震而言具有多道防線。由于框架-剪力墻結構是由兩種不同的抗側力結構組成，因此這兩種結構也具有不同的受力特點以及變形性質。當框架-剪力墻結構受到水平荷載作用時，剪力墻可以被認為是豎向懸臂彎曲結構，剪力墻的變形曲線為彎曲型，具體如圖2-1b所示，水平位移增長幅度隨著樓層高度的增加而不斷增大。框架-剪力墻結構中的框架受到水平荷載作用時，變形曲線呈剪切型，具體如圖2-1a所示，水平位移的增長幅度隨著樓層高度的增加而降低。由于框架-剪力墻結構當中既有框架又有剪力墻，在水平荷載作用下，可以使框架和剪力墻的水平位移協調一致，使其無法各自自由變形，如果不對結構的扭轉進行考慮，那么同一樓層的水平位移是相同的。這樣就可以得到框架-剪力墻結構在水平荷載作用下的變形曲線，框架-剪力墻結構受到水平力作用下，對框架-剪力墻結構體系的側向變形進行分析可以發現，由于框架和剪力墻二者之間協同工作，因此對于結構的下部，剪力位移小，從而剪力主要是由剪力墻承擔，根據相關研究可知結構底部的剪力大約有70%～80%是由剪力墻承擔的；相反，結構上部的剪力主要由框架承擔。

（二）剪力墻結構抗震能力的設計

高層建筑中剪力墻結構的設計對抗震能力起著關鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強度比較大，完全可以抵制小型地震。隨著高層建筑剛性強度的增加，它的抗震能力也隨著增加，但是成本投入也比較大，因此我們要對高層建筑進行合理的設計，爭取做到“低消耗、高效益”。接下來就從這兩個方面來提高抗震能力：①控制剪力墻結構水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規定的位移限制值。②地震力的控制；當地震力較小的時候，剪力墻結構的抗震能力和結構位移值會出現滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內力、配筋進行合理的設置才有意義，同時還要調整剪力墻結構底部的剪力系數，只有深入了解剪力墻結構的設計，才能全面提高高層建筑的實用性。

（三）框架剪力墻結構建筑放線測量技術

框架剪力墻結構建筑施工中，需要對于高層建筑施工進行放線測量，以建筑設計圖紙作為測量基礎，將施工現場有關標準作為放線測量前提，利用先進放線測量儀器對建筑工程開展放線測量作業。在對于框架剪力墻結構建筑施工放線測量中，就需要使用全站儀器，進而對于框架剪力墻結構進行放線測量在進行放線測量作業中，對于建筑工程中的軸線控制網要特別關注。根據工程現場實際情況開展放線測量作業，同時對于放線測量后的結果反復審核，保證框架剪力墻結構建筑放線測量結果精準。

結語

框架剪力墻結構建筑施工技術在高層建筑施工中應用，能夠有效增加高層建筑物使用壽命，對于建筑行業發展具有重要意義。伴隨著現代科學技術的進步，建筑物所具有的抗震性及抗風性也在不斷增加，這就需要提高框架剪力墻結構建筑施工技術在建筑工程中的應用，提高框架剪力墻結構建筑施工技術水平。

參考文獻：

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