高層建筑框剪結構設計優化

李東陽

天津方標世紀規劃建筑設計有限公司 遼寧沈陽 110000

框剪結構具有良好的互補性，兼容了多種性能優勢，在工程中展現廣闊的應用空間。設計人員必須遵循剪力墻分散布置等要求，全面把握各處設計節點，積極貫徹落實科學的防震抗震技術措施，進一步消除各處抗震薄弱環節，發揮其優勢作用。

1 框剪結構概述

框架結構具有一定的局限性，尤其是側向剛度方面較差，以及在水平荷載的作用下，發生的變形較嚴重，結構抵抗水平荷載的能力較差。但框架結構在水平位置布置的靈活性方面較高，在立面處理過程中，所發生相應的改變較靈活。剪力墻結構與框架結構相比較而言，在強度和剛度方面都具有非常好的作用效果，并且水平位移也相對的比較小，但是剪力墻結構也存在一定的局限性，那就是非常容易受到空間結構方面的限制。將框架結構和剪力墻結構進行有效的結合，可以使二者之間形成相輔相成的效果，從而使其成為在一定范圍內能承受較大水平荷載且又能在空間上較靈活布置的結構體系——框剪結構體系。在水平荷載作用下，剪力墻結構為彎曲變形，框架結構為剪切變形，在結構的底部剪力墻承受水平力的比例較大，框架柱較小，剪力墻幫助框架柱，隨著高度的增加剪力墻承受的水平力減小，框架部分承擔的水平力增加，框架柱幫助剪力墻。框架柱與剪力墻協同作用，而且剪力墻還可以作為結構的第一道防線，體現了多道防線的設防要求。

2 框剪結構的設計要點

在房屋建筑工程中應用框剪結構時，要對設計方面的需求進行重點考慮，全面性的掌握框剪在具體設計過程中面臨的各種問題，只有這樣，才能進行有針對性的優化處理，保證框剪結構將經濟性和適用性能充分的展現。如在進行抗震設計過程中，設計人員必須清楚建筑物的抗震等級，確切的把控房屋建筑中應用框剪結構的實際要求，特別是要從內力方面采取精確計算的方式，有效避免偏差。在有關方面房屋建筑工程中，必須嚴格達到抗震預防要求，同時還需要考慮到框剪結構本身的穩定性。在對剛度方面進行優化設計時，必須保證經濟性，并有效降低在后期長時間的應用中出現各種隱患問題的概率。此外，從房屋建筑工程的實際高度進行考慮，抗震方面的要求同樣也是核心問題，要從實際角度出發，在具體操作過程中高度關注。另外，房屋建筑過程中框剪結構體系的應用，必須非常注重功能性、安全性、穩定性。此外，從業主角度進行思考也非常有必要，清晰掌握業主對房屋建筑工程后期具體使用的要求，從而借助剪力墻結構對內部空間合理劃分，保證房屋建筑工程可以具備非常強的實際使用性能[3]。

3 框剪結構的組成形式及布置要點

3.1 框剪結構

由于在其空間利用及抗側剛度方面的優勢被廣泛的應用于辦公樓，公寓，住宅，飯店，教學樓，實驗樓等，具體的組成形式有如下幾種：

①框架和剪力墻（單片墻、連肢墻或較小井洞）分開布置，各自形成抗側力結構；②在框架結構的若干跨度內嵌入剪力墻（有邊框的剪力墻）；③在單片抗側力結構內連續布置框架和剪力墻；以上幾種結構布置形式可以單獨應用也可以的混合應用。

3.2 框架-剪力墻結構中剪力墻的布置要符合下列規定

①應滿足規范對框剪結構的墻體間距的要求，為了保證樓板的剛度，能有效的傳遞水平力，剪力墻的間距不宜過大，須根據不同的地震烈度結合建筑功能選取合適的間距；②剪力墻宜均勻的布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化以及恒載較大的部位；③當平面形狀有凹凸較大的部位時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻；④縱向、橫向剪力墻平面宜組成L形、T形和[形等形式；⑤單片剪力墻在建筑底部所承擔的水平剪力不能超過結構底部總水平剪力的30%；⑥剪力墻的布置宜貫通建筑物的全高，盡量避免剛度突變且在剪力墻開洞時，洞口優先上下對齊；⑦樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側力結構結合布置；⑧抗震設計時，剪力墻的布置要使結構各主軸方向的側向剛度相互接近。

4 高層建筑框剪結構設計優化措施

4.1 剪力墻設計優化

在剪力墻的布置中，應優先布置在結構的周邊，交通核、平面形狀變化較大及恒載較大部位，盡量多應用結構上下的貫通墻體布置剪力墻，在結構剛度較弱的樓梯間，電梯間處布置剪力墻。剪力墻的布置宜分散，不宜集中布置在結構的端部，雖然剪力墻布置在建筑的角部在控制位移角及結構扭轉方面有很大的幫助，但在集中在角部容易造成對樓蓋兩端的約束作用，樓蓋中部的梁板很容易因混凝土收縮和溫度變化而出現裂縫，所以宜避免。剪力墻的數量不宜過多也不能過少，首先應在兩個方向均布置剪力墻，且應滿足框剪結構對剪力墻的數量以及間距的要求。其次框剪結構在滿足水平承載力的同時盡量控制框架部分承擔的傾覆力矩介于結構總傾覆力矩10%-30%，這樣屬于典型的框剪結構模型，這樣在滿足的要求下降低了剪力墻所占的比例。從而減少結構造價。

4.2 框架梁的優化設計

在框架梁的布置中應使框架柱雙方向拉結，且框架與剪力墻之間有效拉結。對層高控制比較嚴格的建筑可采用寬扁梁，雖然用鋼量會較高，但在空置層高方面效果較好。在通長情況下優先采用主次梁結構，合理的梁間距可以減小樓板的厚度，在減輕了自重的同時不僅能減少樓板的鋼筋含量，還能相應的減小地震作用，從而減少全樓的鋼筋用量。

5 結語

框剪結構以其較低的成本和較好的抗震性、穩定性，在房建項目工程中得到了比較廣泛的運用。設計單位在對該結構形式進行應用時，需要對設計的要點和目標進行明確，以完善的設計流程中的進優化，加強實際設計過程中各個階段的目標把控，做好設計前的準備工作，對結構設計中的各個環節及重點參數進行嚴格把關，確保框架剪力墻結構能發揮出其應有的作用。