剪力墻結構高層建筑的抗震設計研究

剛穎

中國核電工程有限公司上海分公司 上海 200120

隨著我國經濟發展水平的不斷提高，在城市核心區住宅建設中，高層剪力墻結構已經成為一種越來越常見的結構形式。框架剪力墻因其結構簡單、方便靈活、成本低廉、使用工期短等優點一直被施工人員廣泛使用。框架剪力墻可以滿足多種建筑的建筑要求，即它的應用性很強。人們對高層建筑提出了更高難度的設計理念，框架剪力墻的具體結構也需要不斷改善，這也使施工難度達到了新的高度。本文將通過對高層剪力墻結構的抗震設計進行探討，以期能夠對我國抗震技術在框架剪力墻結構設計中的應用起到促進作用。

1 框架剪力墻受力的特點

1.1 框架剪力墻結構受力的特點

在高層結構中，框架剪力墻在平面范圍內，可以認為高層建筑的樓蓋剛度是無限大的，框架與剪力墻利用樓蓋連接，使網絡形成，并且共同將水平方向力承擔，以防彎曲變形對結構產生一定的影響，該結構位移在同個一樓層基本保持一致。因此，框架剪力墻位移屬于彎剪型，在水平面范圍內，外在框架與剪力墻之間。框架剪力墻高層建筑結構，剪力墻位于建筑的下部，由于＞80%水平剪力的作用，致使變形量非常小，而建筑結構的上部，框架結構變形非常小，與剪力墻一同進行作用，對剪力墻結構的向外變形進行抵抗，也增大了水平方向的剪力。高層建筑的框架剪力墻結構，有效運用二者的優勢，協調水平方向的變形，實現增強側向剛度的效果，從而使結構抗震性得以增加[1]。

1.2 框架和剪力墻受力的特點

高層建筑中的框架結構形變，為開口型的曲線，屬于剪切型，通常能夠體現剪切的特點，增加位移，改變便會減慢。建筑工程施工的中階段，純框架結構形變的曲線基本一樣。應該按照一定的比例，結合不同框架結構抗推的剛度，分配水平方向的受力。隨著增大位移，剪力墻結構變形曲線速度也會加快，曲線有變形開口表現出來。在平面內，表現出的抗彎強度比較大，結構為普通的剪力墻時，受力位移線基本相同，也就是根據剪力墻剛度值，分別對剪力墻間水平方向的力等效進行分配[2]。

2 設計剪力墻結構高層建筑抗震的要點

2.1 設計平面布置的抗震

地震具有突發性，設計高層建筑的過程中，地震參數是無法預知的，必須運用計算方式，對設計抗震的內容進行規劃。設計高層建筑剪力墻抗震中，布置平面是首要的內容，布置平面對剪力墻結構抗震性具有直接的關系。通過分析和研究多項案例可以了解到，對于高層建筑剪力墻，運用平面進行布置，必須遵循對稱的原則，無論是均勻分布剛度和質量，還是傳力路徑，都要進行設計，對于剪力墻抗震的能力非常有力，高層建筑剪力墻結構在地震環境中，不容易被破壞。設計平面布置抗震的過程中，對于結構體系效應能夠大概地估算出來，地震時剪力墻平面布置反應能夠預先知道，以便及時采用有效的抗震措施，將高層建筑剪力墻結構抗震的作用充分地發揮出來。

2.2 提高整體抗震性

在設計建筑結構時通過機構控制來實現總體屈服的目的，在框架剪力墻建筑中的某個位置，采用安裝塑性鉸的方式來控制其作用的位置、變形度以及次序，從而使建筑物遭遇地震災害時能夠更有效地形成耗能機構。水平構件在水平力的作用下先出現屈服，其次是豎向的構件。剪力墻在框架剪力墻中的體積越大、數量越多，那么其剛度也將越大，然而這將減小建筑的自振周期，地震作用增加；相反，建筑剛度將降低，地震作用也將減小。因此，在進行結構的設計時，需對建筑本身有充分的考慮，對于建筑結構的高度、設防烈度以及裝修等級等均應考慮在內，設置建筑結構所能承受的最大位移值。最終目的是對剪力墻體積和數量的確定，確保結構的安全以及經濟性。

2.3 體系選擇的抗震設計

建筑剪力墻結構抗震設計中的體系選擇，比較好的是多道防線。以某高層建筑為例，分析體系選擇時的抗震設計。該案例為高層住宅樓群，總占地面積20.28萬m2，分為1、2、3、4區，1區與4區地上24層，2區和3區，地上22層，地下結構均為兩層。該案例中全部采用剪力墻結構，根據抗震設計的要求，規劃剪力墻的體系，剪力墻的全高厚度是350mm，除了窗洞以外，外立面都設計成高1200mm的結構連梁，促使剪力墻的整體具備很強的抗扭剛度，維護結構在地震時的整體性，該案例剪力墻體系結構抗震設計中，適度的強化剪力墻底部的側向剛度，減輕上部結構的質量，案例中的高層住宅區，地處8度抗震設防區，體系選擇時，借助ETABS與SATWE力學軟件分析，即使剪力墻結構受到小震作用，也能及時補充彈性。剪力墻體系選擇的抗震設計上，對布筋以及邊緣構件縱筋，也實行的強化設計，加強剪力墻體系結構的抗震性能[3-4]。

3 結語

抗震技術的應用是框架剪力墻結構設計的關鍵部分，隨著我國以及世界各國的經驗、教訓總結以及對抗震技術的研發與積累，抗震技術有了長足的發展，而目前框架剪力墻結構設計日趨復雜多樣，結構體系越來越復雜，受力分析難度也越來越大，而地震對房屋的風險也在加大，現有抗震技術將很難滿足各種新型房屋的抗震要求。因此，隨著時代的發展，框架剪力墻結構設計中的抗震技術也需要不斷發展，才能確保房屋的抗震效果，保障居民的生命和財產安全。