高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中框架剪力墻應(yīng)用分析

黃峰

中哲國際工程設(shè)計有限公司 江蘇南京 210000

高層建筑是建筑行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，其在緩解城市住房壓力上起到至關(guān)重要的作用。科學(xué)合理的開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，能為建筑后期施工和應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。現(xiàn)階段，框架剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用加多，有必要進(jìn)行其設(shè)計要點(diǎn)的進(jìn)一步把控和優(yōu)化。

1 高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特征

高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中，受建筑自身結(jié)構(gòu)體系的作用，其會受到多種作用力的綜合影響，對在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還需從變形協(xié)調(diào)和受力狀態(tài)兩個方面進(jìn)行框架剪力墻結(jié)構(gòu)受力特征的分析。

剪力墻框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，剪力墻體系的構(gòu)建是整個框架形變約束的核心，在出現(xiàn)重力荷載、風(fēng)荷載等較大應(yīng)力時，大多水平力條件都會落實(shí)在剪力墻體系內(nèi)部，這使得在逐步升高的樓層內(nèi)形成了剪切曲線變形協(xié)調(diào)的條件，有效地優(yōu)化了建筑的變形協(xié)調(diào)能力，提升了高層建筑整體的穩(wěn)定性。而從受力狀態(tài)來看，在高層建筑中，框架剪力墻之間存在一定的拉力，當(dāng)建筑受到外力而產(chǎn)生變形時，這種拉力會實(shí)現(xiàn)建筑受力變形量的有效約束，受此影響，建筑整體應(yīng)力分配環(huán)境更加穩(wěn)定。值得注意的是，高層建筑結(jié)構(gòu)受頂端外荷載壓力租用，而通過框架剪力墻結(jié)構(gòu)特性，能進(jìn)一步鞏固框架結(jié)構(gòu)頂端外荷載壓力，并實(shí)現(xiàn)水平荷載力的分擔(dān)，這種受力特征確保了高層建筑受力環(huán)境的穩(wěn)定性，有效地提升了高層建筑的整體性、安全性和耐久性，避免了重大工程事故的發(fā)生[1]。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中框架剪力墻應(yīng)用內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)層設(shè)計

豎向結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)層設(shè)計的三個重要內(nèi)容[2]。開展豎向結(jié)構(gòu)層布置設(shè)計中，需考慮地震因素對高層建筑的影響，要有效預(yù)防豎向剛度突變的情況。值得注意的是，高層建筑存在功能分區(qū)情況，這要求對轉(zhuǎn)換層的豎向荷載條件進(jìn)行精確管理，即應(yīng)盡可能地避免提供簡單的反應(yīng)平臺，避免結(jié)構(gòu)受環(huán)境影響，成為應(yīng)避免在支柱上設(shè)置門洞，防止因荷載過大造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)問題。在平面層結(jié)構(gòu)布置中，首先應(yīng)考慮建筑的使用功能，其次應(yīng)盡可能地使得建筑平面整體結(jié)構(gòu)環(huán)境對策，此外，應(yīng)有效地降低建筑中心的偏差值，避免建筑受特殊外力影響。高層建筑功空間存在一定的差異性，轉(zhuǎn)換層能為高層建筑的使用提供一定的轉(zhuǎn)換空間，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要考慮高層建筑自身荷載的復(fù)雜性，而且需確保上下層結(jié)構(gòu)材料和荷載協(xié)調(diào)統(tǒng)一，此外應(yīng)重視轉(zhuǎn)化層的剛性加強(qiáng)處理，確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、安全。

2.2 連梁設(shè)計

連梁是高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，開展高層建筑連梁設(shè)計需考慮以下要素：其一，混凝土材料是高層建筑連梁施工的常用材料，其直接關(guān)系著連梁的荷載承受能力，對此，進(jìn)行混凝土材料選擇、應(yīng)用設(shè)計是連梁設(shè)計的基礎(chǔ)，應(yīng)確保混凝土材料等級、配比滿足框架剪力墻荷載承受需要。其二，開展連梁高度設(shè)計時，一方面，需考慮連梁強(qiáng)度因素，為高度和寬度設(shè)計提供支撐；另一方面，對于連梁高度、寬度的設(shè)計，應(yīng)考慮其與建筑抗震能力之間的關(guān)系，避免連梁設(shè)計影響建筑物的整體抗震能力。其三，連梁的剛度設(shè)計不合理，框架剪力墻高層建筑發(fā)生裂縫的概率會增大，對此應(yīng)進(jìn)行梁剛度折減，通過折減實(shí)現(xiàn)剛度的有效分散，繼而在提升建筑防震能力的同時，減少梁體開裂問題。其四，開展連梁設(shè)計應(yīng)考慮剪力墻厚度因素，尤其是當(dāng)遇到超厚剪力墻時，應(yīng)對連梁結(jié)構(gòu)做適當(dāng)調(diào)整。

2.3 墻肢設(shè)計

框架剪力墻高層建筑的墻肢設(shè)計應(yīng)遵循兩個要求：一是墻肢的厚度與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定要緊密結(jié)合，通常，需將墻肢的厚度控制在200mm 以內(nèi)，避免建筑墻肢厚度出現(xiàn)較大偏差，影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。二是對于墻肢的設(shè)計還需要考慮剪力墻結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常會采用雙向布置的方式來進(jìn)行建筑空間性能優(yōu)化。值得注意的是，嚴(yán)禁在需要抗震設(shè)防區(qū)域使用單向剪力墻，并且要求保證剪力墻的剛度中心與建筑整體質(zhì)心相重合或靠近，以此來實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制。

3 高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的注意實(shí)現(xiàn)

3.1 注意樓層最小剪力系數(shù)調(diào)整

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要求科學(xué)進(jìn)行短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩設(shè)計，確保其不超過結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的40%。并且在滿足這一條件后，還確定大開間的剪力墻布置目標(biāo)，應(yīng)盡可能地減少剪力墻布置，這樣能起到減輕框架剪力墻自重、降低工程造價的目的。

3.2 調(diào)整樓層最大層間位移與層高比

當(dāng)高層建筑建設(shè)區(qū)域受地震作用明顯時，在開展框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，就必須考慮樓層最大層間位移的變化情況。對于該要素的設(shè)計，需將樓間彎曲變形作為設(shè)計重點(diǎn)，并將變形量進(jìn)入到扭轉(zhuǎn)變形當(dāng)中，在計算時，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形；因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡可能地使得高層建筑扭轉(zhuǎn)邊形處于最小值。值得注意的是，僅依據(jù)這些要素開展剪力墻設(shè)計的條件尚不充分，故而應(yīng)不斷地增加豎向構(gòu)件的剛度。

新時期，框架剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用不斷能深入，要提升框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，在實(shí)際設(shè)計中，還需要對框架梁的支座進(jìn)行有效計算，確保梁柱條件與外柱嵌固、與墻體交接。同時應(yīng)重視建筑頂層配筋設(shè)計，如在抗震設(shè)計中，剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率均不得低于0．25%。此外，考慮柱體和外部荷載等因素，最大限度地優(yōu)化框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，鞏固建筑整體質(zhì)量。

4 結(jié)語

框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計對于高層建筑的應(yīng)用具有深刻影響，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，人們只有系統(tǒng)認(rèn)識到框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特征和應(yīng)用優(yōu)勢，然后基于工程建設(shè)地質(zhì)，深化框架剪力墻各個層面的要點(diǎn)設(shè)計，這樣才能提升框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，繼而為高層建筑設(shè)計應(yīng)用創(chuàng)造安全穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)環(huán)境。