谈述结构设计高层建筑框架剪力墙结构设计运用

摘要：合理的搞好框架— 剪力墙结构的设计， 将直接影响到建筑物的安全使用与技术经济指标的高低。在结构设计初步阶段， 剪力墙数目的合理确定， 不但可以减少大量重复工作的问题， 还可以达到经济的目标。本文探讨了高层建筑框架剪力墙结构设计应用。
关键词：高层；建筑；框架剪力墙；设计；应用
随着社会的发展、经济水平的提高，高层建筑将如雨后春笋般出现，剪力墙结构因其抗侧刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能，因而被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。所以，在剪力墙设计中，要根据其受力的特点，充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，建筑的结构设计才能更加安全、适用、可靠、经济，剪力墙亦将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。

一、工程概况

某工程为地下1 层（设备层）、地上20 层的办公楼，东西长48．3m、南北宽17．4m，建筑高度79．8m，建筑面积19268m2。建筑平面成矩形，屋顶设有水箱间、电梯间、楼梯间。根据建筑高度及功能要求，本工程采用框架剪力墙结构形式。

二、高层建筑框架剪力墙结构设计

1、 基础的合理选择

（1）工程地质概况与基础设计。本工程场地为软弱土，场地进行过真空预压处理。勘测期间水位比较低，地下水考虑干湿交替状态下，对结构混凝土有中度腐蚀，对混凝土中钢筋有强腐蚀性。地震基本烈度为7 度，设计基本地震加速度0．159，场地土类别Ⅳ类。本工程±0．000 高出室外地面0．60m，地下室地面高程为-4．250m。结构平面布置简单对称，受力比较均匀，基础采用独立桩基础加600mm 厚防水板。桩基采用4，800mm 的钻孑L 灌注桩，摩擦型桩，单桩极限承载力标准值Q=3900kN，桩基安全等级为一级。
（2）基本设计参数。本工程为丙类建筑，根据《建筑抗震设计规范》第6．1．1、6．1．2、6．1．3 条及《高层建筑混凝土结构技术规程》第3．9．3条的规定，框架和剪力墙的抗震等级均为二级，并应按一级采取抗震构造措施。

2、框架- 剪力墙结构中剪力墙的布置

在结构设计中，由实际的工程经验，对于剪力墙的布置应注意以下几个方面。
(1)从布置方式上来看，剪力墙沿主轴方向或其他方向比较适合以双向或多向的方式进行科学的布置，并使两个方向的刚度尽量接近，对于不同方向的剪力墙应该分别进行有效的联结，通过科学的布置，借助于拉通、对直的作用，有效地保证剪力墙达到最好的空间工作性能。
(2)在布置的顺序上来看，剪力墙最好是自下而上进行连续地布置，实践证明如此布置能够有效地避免出现不良的刚度突变。
(3)从结构刚度要求上来看，在具体的设计上，沿高度的方向应允许在合理的范围内改变墙的厚度和混凝土的强度等级，或是减少部分墙肢，目的在于确保侧向的刚度沿着高度保持连续地、逐渐地变小。如若剪力墙沿着高度是非连续变化的，势必将引起建筑结构沿着高度出现不连续的刚度，存在着刚性突变问题，对抗震结构不利。
(4)如果在实际中遇到剪力墙的长度比较长的情况，在设计上通常各个墙段之间凭借弱连梁进行有效的连接，将其等效地分为若干独立墙段。
(5)从剪力墙洞口的布置角度来看，大量实践经验表明，开洞方式之间影响着剪力墙的力学性能。在剪力墙的门窗洞口开洞方式上，为了保证剪力墙良好的物理力学性能，洞口上下对齐、规则、成列地进行布置，能形成明确的墙肢和连梁，其应力有着非常规则的分布，与当下普遍应用的计算简图符合度非常高，设计能够达到很高的安全性能。

3、确定剪力墙的厚度

在框剪结构中剪力墙宜有边缘约束构件即： 边框柱和边框梁，在规范中有规定:带边框剪力墙的截面厚度为：( 1 ) 抗震设计时， 一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不宜小于层高的1/16 ； ( 2 ) 其他情况不应小于160mm， 且不应小于层高的1/20 。边框梁的宽度宜与墙同厚， 高度可取墙厚的2 倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全(包括在施工中混凝土浇筑时由于

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浇筑质量不高所造成的隐患等等)、经济合理(合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑， 主要是涉及到最小配筋率的问题)等特点。鉴于此， 剪力墙的厚度在满足层高的1/16 或者1/20 的前提下， 取200mm 为宜。
在这里应该强调的一点是， 一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高，从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。但还应该注意到， 墙体的厚度对墙体稳定性的影响其重要性是不言而喻的。因此要在保证墙体稳定性的前提下， 尽量不把层高较高楼层的剪力墙做的太厚。

4、剪力墙合理数量的确定

剪力墙的合理数量按许可位移决定， 按高层建筑规范中一般装修材料， 框架— 剪力墙结构顶点位移与高之比u/H 不宜大于1/700 ，装修要求较高时u/H 不宜超过1/850 ，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。
用结构自振周期校核剪力墙布置数量是否合理， 因为从地震作用本身来分析， 剪力墙结构刚度小， 地震作用小， 位移限制能宽松的满足， 但这种结构在工程上有可能不很合理， 结构的自振周期有可能不在合理范围内， 结构自振周期的合理范围大致在:
T1=(0.09- 0.12)NS
式中: NS———楼层数
剪力墙数量多框架— 剪力墙结构刚度就大一些， 地震时周期短地震力也加大一些， 材料耗量增大。日本震害调查表明: 当每m2 楼面平均剪力墙长度少于50mm 长时， 震害严重; 在50 — 150mm 之间时， 震害中等; 长150mm 以上， 震害轻微， 目前我国尚无这方面的成熟经验， 设计中可根据工程具体情况， 建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。

5 、剪力墙连梁的设计

在框架剪力墙结构设计中， 与剪力墙相连的连梁很难全部满足要求。因此， 剪力墙连梁的设计成为一个难点。高层建筑在水平力作用下， 连梁的内力往往很大， 设计时应采取降低连梁内力的各种措施。如:加大剪力墙的洞口高度; 在连梁中部设水平缝; 对连梁内力进行调整; 对连梁刚度进行折减等。该工程采用调整洞口尺寸及对连梁内力进行调整。设计中如采取加大剪力墙洞口尺寸， 从而减少连梁内力的方法在解决连梁的问题上非常有效。另外， 当连梁高度小于300 mm 时， SATWE 在计算内力时将忽略该梁的存在， 亦不计算配筋， 因此对某些连梁超筋的情况， 当其破坏对承受竖向荷载无明显影响时， 可考虑在大震作用下该连梁不参与工作， 按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析。
在框架剪力墙结构中， 一端与框架柱相连， 一端与剪力墙相连的框架梁或连梁( 该工程多处出现) ， 超筋较多。类似这种情况， 可以采取如下做法: （1） 调整连梁截面尺寸。（2） 与连梁相连的剪力墙开设结构洞。（3）也可将连梁与剪力墙相连的一端设计成梁、墙铰接， 只传递集中力不传递弯矩， 这样一般可满足梁柱端及梁跨中的抗弯承载力要求。当梁的跨度较大时， 应验算梁的挠度和裂缝宽度。
总之，在剪力墙设计中，要根据其受力的特点，充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，建筑的结构设计才能更加安全、适用、可靠、经济，剪力墙亦将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。
参考文献：
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中华人民共和国行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ 3-2010.
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