高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設計研究

天津物產(chǎn)置業(yè)發(fā)展有限公司 天津 300380

引言

高層框架建立結(jié)構(gòu)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(fā)，房屋建筑的科學、合理性就變得愈發(fā)重要。文章針對高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設計工作，進行了一系列措施闡述，希望能夠給相關人士提供些許參考價值。

1 機構(gòu)控制

在高層框剪結(jié)構(gòu)施工、使用期間，剪力墻數(shù)量、體積與剛度三者保持正比關系，建筑結(jié)構(gòu)中布置的剪力墻數(shù)量越多，則剪力墻體積越大、剛度越大，并對框剪結(jié)構(gòu)的承載性能造成影響，削弱了框剪結(jié)構(gòu)形態(tài)控制力度。因此，在高層框架剪力墻抗震設計方案中，往往選擇采取機構(gòu)控制設計措施，根據(jù)工程情況推算正比例公式，在框剪結(jié)構(gòu)中的適當部位安裝若干“塑性鉸”裝置。如此，在高層建筑遭受地震能量沖擊時，可以在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中形成耗能機構(gòu)，持續(xù)對地震能量進行吸收、損耗，這將在客觀層面上改善高層框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2 改善剪力墻抗震性能

（1）合理設定肢墻面積。現(xiàn)階段，多采取調(diào)整肢墻面積的方式來改善抗震性能。其抗震原理為，在不影響建筑使用功能、框剪結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性能的前提下，適當縮小肢墻面積，將肢墻結(jié)構(gòu)形式調(diào)整為雙肢墻、多肢墻，在結(jié)構(gòu)洞口連梁與豎向施工縫部位中形成穩(wěn)定的耗能機構(gòu)。這樣既可以持續(xù)對結(jié)構(gòu)裂縫與屈服部位進行有效控制，而當高層框剪結(jié)構(gòu)遭受地震能量沖擊時，也可以通過耗能機構(gòu)吸收地震能量、降低剪力墻剛度的方式，預防高層建筑底部墻體過早屈服及剪切破壞等問題的出現(xiàn)。

（2）增設梁柱結(jié)構(gòu)。高層設計在不影響建筑使用功能正常發(fā)揮前提下，可選擇于剪力墻周邊區(qū)域中額外設置梁柱結(jié)構(gòu)，從而形成邊框剪力墻，抑制斜向裂縫向鄰近建筑結(jié)構(gòu)進行擴散延展。而在出現(xiàn)地震災害或是建筑剪力墻結(jié)構(gòu)遭受破壞時，邊框剪力墻可以臨時性替代剪力墻結(jié)構(gòu)的承載性能、有效抵抗所承受的附加剪應力。在采取這項設計措施時，設計人員必須確保額外設置的梁柱結(jié)構(gòu)具有良好的斜截面承載性能，才能取得良好的設計效果。

（3）遵循分散布置原則。在設計高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)時，設計人員必須嚴格遵循分散設計的原則，考慮到剪力墻數(shù)量、面積、尺寸與剛度之間的關聯(lián)影響，需要進行分散布置，保持相鄰剪力墻構(gòu)件的安全間隔距離，合理設定剪力墻連續(xù)尺寸、設置若干數(shù)量的抗側(cè)力構(gòu)件。如此，在高層建筑結(jié)構(gòu)中布置大量剪力墻的條件下，可以將剪力墻剛度、彎度控制在合理范圍內(nèi)，并改善剪力墻結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性能。例如，在條件允許前提下，設計人員盡可量在各樓層角落、不規(guī)則角、拐角等位置設置剪力墻。這樣，既可以將墻體進行分散布置，也可以對高層建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)進行加強處理。

3 改善框架抗震抗力性能

（1）強化角柱。在高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，角柱作為一種重要構(gòu)件，以及框架結(jié)構(gòu)主要組成部分，起到連接橫向框架與縱向框架結(jié)構(gòu)的作用，角柱抗剪性能直接影響到框架結(jié)構(gòu)整體性能，也將對高層框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能造成影響。因此，設計人員可選擇對角柱進行強化處理，重點改善角柱抗剪性能，這將在客觀層面上提高高層框剪結(jié)構(gòu)抗震性能、消除抗震薄弱環(huán)節(jié)。

（2）布置鋼筋混凝土剪力墻板。在早期高層建筑工程中，普遍產(chǎn)生框架剪力滯后現(xiàn)象，且高層穩(wěn)定性能與抵抗力剛度較差，在高層建筑遭受地震能量沖擊時，易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)側(cè)向過度位移現(xiàn)象，產(chǎn)生安全隱患。針對這一問題，可選擇在高層布置若干數(shù)量鋼筋混凝土剪力墻板構(gòu)件，即可有效解決框架結(jié)構(gòu)剪力滯后問題，有效改善結(jié)構(gòu)抵抗剛度與整體性能，抑制高層框剪結(jié)構(gòu)側(cè)向位移，往往選擇將鋼筋混凝土剪力墻板以X形或K形進行布置。但是，在采取這項設計措施時，所布置鋼筋混凝土剪力墻板結(jié)構(gòu)的延性有所不足，可選擇在墻板上預留十字開口，將其作為結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，這將起到改善鋼筋混凝土剪力墻板延性、形成耗能墻板的作用，減小地震能量對高層框剪結(jié)構(gòu)造成的沖擊破壞影響。

（3）設置贅余構(gòu)件。考慮到高層框剪結(jié)構(gòu)在遭受地震能量沖擊作用時易產(chǎn)生共振效應，對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成破壞，可選擇在高層框剪結(jié)構(gòu)中設置若干數(shù)量的贅余構(gòu)件，如偏交斜撐構(gòu)件，由原有軸邊耗能方式切換為彎曲耗能方式，往往以鋼桿為原材料制作偏心連接支撐件、以鋼纖維混凝土為原材料制作折曲支撐件。在出現(xiàn)地震災害時，所設置的贅余構(gòu)件可以起到誘發(fā)建筑自振周期改變、預防共振效應產(chǎn)生、通過先行屈服消耗地震能量的多重作用[1]。

4 改善整體抗震性能

（1）獲取總體屈服效果。這項設計措施指，在高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的適當位置中安裝若干數(shù)量“塑性鉸”構(gòu)件，根據(jù)工程情況合理設定塑性鉸構(gòu)件的安裝位置、次序，通過塑性鉸來增強高層框剪結(jié)構(gòu)形變控制力，獲取總體屈服效果。在出現(xiàn)地震災害后，塑性鉸將形成耗能機構(gòu)，受到水平向力影響使得水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件依次屈服。

（2）保持剛度延性統(tǒng)一。框架與剪力墻結(jié)構(gòu)性能參數(shù)存在明顯差異，如延性系數(shù)、剛度值等，這一問題的存在加大了設計工作量，需針對各項參數(shù)不斷進行改進。在出現(xiàn)地震災害時，建筑各構(gòu)件難以穩(wěn)定保持協(xié)調(diào)狀態(tài)，易出現(xiàn)先后破壞現(xiàn)象、形成抗震薄弱環(huán)節(jié)。因此，高層框剪結(jié)構(gòu)抗震設計重心在于，通過綜合采取各項設計措施，將框架與剪力墻結(jié)構(gòu)延性剛度保持統(tǒng)一狀態(tài)。

（3）平衡結(jié)構(gòu)剛度與承載性能。在高層框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻數(shù)量、體積、剛度三者保持正比關系，剪力墻數(shù)量越多、剛度與體積越大，以此為誘因?qū)е赂邔咏ㄖY(jié)構(gòu)自振周期變小，加大了地震能量對整個物體的破壞作用，危害極大。因此，在制定高層框架剪力墻設計方案時，應重點考慮這一問題，綜合分析工程信息，在滿足工程使用需求、設計要求的前提下，將剪力墻數(shù)量與剛度控制在合理范圍內(nèi)[2]。

5 結(jié)束語

簡而言之，隨著建筑高度的增高、規(guī)模擴大，框剪結(jié)構(gòu)面臨更加嚴格的質(zhì)量標準，需要對整體抗震性能進行創(chuàng)新優(yōu)化，才能保障建筑使用安全。本文從設計角度入手，針對高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)提出抗震設計措施，為從業(yè)人員提供參考。