高層建筑工程框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■梁 睿 ■廈門市集美建筑設(shè)計(jì)院，福建 廈門 361000

1 工程概況

廈門火車新站5 號(hào)地塊安置房，包括地下室、1 層裙樓和地上19 層住宅塔樓。由于住宅部分不希望有較大的柱截面，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了底部大空間框支剪力墻，上部為剪力墻的結(jié)構(gòu)體系來滿足建筑功能要求。

2 框支剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1 框支剪力墻的類型

(1)整截面墻。整截面墻是不開洞或開洞面積不大于15%的整截面剪力墻。其受力特點(diǎn)為整體懸臂墻，彎矩圖既不突變也無反彎點(diǎn)。其變形特點(diǎn)為彎曲型變形。

(2)整體小開口墻。整體小開口墻為開洞面積大于15%但仍較小的墻。其受力特點(diǎn)為彎矩圖在連系梁處發(fā)生突變，但在整個(gè)墻肢高度上沒有或僅在個(gè)別樓層中才出現(xiàn)反彎點(diǎn)。其變形特點(diǎn)為以彎曲型為主

(3)雙肢墻及多肢墻。雙肢墻及多肢墻為開洞較大、洞口成列布置的墻。其受力特點(diǎn)為與整體小開口墻相似。其變形特點(diǎn)為以彎曲型為主。

(4)壁式框支。壁式框支為開洞尺寸大、連梁線剛度大于或接近墻肢線剛度的墻。其受力特點(diǎn)為彎矩圖在樓層處有突變，在大多數(shù)樓層中都出現(xiàn)反彎點(diǎn)。其變形特點(diǎn)為以剪切型為主。

2.2 框支剪力墻變形受力特點(diǎn)

(1)對(duì)于純剪力墻結(jié)構(gòu)，剛性結(jié)構(gòu)，變形為彎曲變形為主，內(nèi)力按等效剛度比例分配。對(duì)于純框支，柔性結(jié)構(gòu)，變形以剪切變形為主，樓層剪力按柱的抗側(cè)剛度D 比例分配;對(duì)于框支—剪力墻結(jié)構(gòu)，中等剛度，框支和剪力墻是通過平面內(nèi)剛度無限大的樓板連接在一起，使它們的水平位移協(xié)調(diào)一致，不能各自變形，變形為反S 形或彎剪型。(2)框支剪力墻層間位移最大值發(fā)生在(0.4～0.8)H 范圍內(nèi)。(3)在水平力作用下，框支剪力墻的框支上下各層剪力取用值比較接近。(4)框支剪力墻具有多道抗震防線，是一種抗震性能良好的結(jié)構(gòu)體系。

3 高層建筑工程的框支剪力墻結(jié)構(gòu)布置

3.1 高層建筑工程的框支剪力墻結(jié)構(gòu)布置原則

框支一剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置原則一般為“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”。宜符合下列要求:一是剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大;二是平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;三是縱橫剪力墻宜組成L 形、T 形等型式;四是單片剪力墻底部承擔(dān)的水平剪力不宜超過結(jié)構(gòu)底部總水平剪力的30%;五是剪力墻宜貫通建筑物的全高，宜避免剛度突變;剪力墻開洞時(shí)，洞口宜上下對(duì)齊;六是樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置;七是抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

3.2 高層建筑工程的框支剪力墻結(jié)構(gòu)布置要點(diǎn)

(1)剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則、剪力墻的豎向剛度應(yīng)均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁。(2)為了避免剪力墻脆性破壞，較長的剪力墻宜開設(shè)洞口，將其分成長度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱梁連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2，墻肢截面高度不宜大于8m。(3)剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。(4)應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩，以保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。其中，需要注意如下幾點(diǎn):一是沿梁軸方向設(shè)置與梁相連的剪力墻，抵抗該墻肢平面外彎矩;二是當(dāng)不能設(shè)置與梁軸線方向相連的剪力墻時(shí)，宜在墻與梁相交處設(shè)置扶壁柱;三是當(dāng)不能設(shè)置扶壁柱時(shí)，應(yīng)在墻與梁相交處設(shè)置暗柱，并宜按計(jì)算確定配筋;四是必要時(shí)，剪力墻內(nèi)可設(shè)置型鋼，需要說明的是不宜將樓面主梁支承在剪力墻之間的連梁上。

4 高層建筑工程的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 計(jì)算假定及荷載分配

(1)計(jì)算基本假定:①一片剪力墻可以抵抗在本身平面內(nèi)的側(cè)向力，而在平面外的剛度很小，可以忽略;②樓板在其自身平面內(nèi)剛度無限大，樓板平面外剛度很小，可以忽略。

(2)豎向荷載分配。剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁(門窗洞口上的梁)內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。按每片墻的承荷面積計(jì)算它的荷載。

(3)水平荷載分配?？偹胶奢d按各片剪力墻剛度分配到每片墻，然后分片計(jì)算剪力墻的內(nèi)力。

4.2 剪力墻正截面承載力計(jì)算

一級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻，應(yīng)控制塑性鉸出現(xiàn)部位，對(duì)一級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻的設(shè)計(jì)彎矩包絡(luò)線作了近似的規(guī)定:一是底部加強(qiáng)部位及其上一層應(yīng)按墻底截面組合彎矩計(jì)算值采用;二是其他部位可按墻肢組合彎矩計(jì)算值的1.2 倍采用。

4.3 剪力墻斜截面承載力計(jì)算

一、二、三級(jí)抗震等級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)部位都可用調(diào)整系數(shù)增大其剪力設(shè)計(jì)值，四級(jí)抗震等級(jí)及無地震作用組合時(shí)可不調(diào)整。具體的計(jì)算公式如下:

V=ηVWVW

式中:V—考慮地震作用組合的剪力墻墻肢底部加強(qiáng)部位截面的剪力設(shè)計(jì)值;Vw—考慮地震作用組合的剪力墻墻肢加強(qiáng)部位截面的剪力計(jì)算值;ηvw—剪力增大系數(shù)，一級(jí)1.6，二級(jí)1.4，三級(jí)1.2。

4.4 連梁設(shè)計(jì)

(1)連梁的破壞形態(tài):①彎曲破壞。連梁跨高比較大時(shí)，連梁以受彎為主，梁端可能出現(xiàn)塑性鉸，最后彎曲破壞;②剪切破壞。連梁跨高比不大(lb/hb≤2)，除梁端容易出現(xiàn)斜裂縫，當(dāng)抗剪能力不足或截面剪應(yīng)力過大時(shí)，出現(xiàn)剪切破壞，也可能是彎曲屈服以后的剪切破壞。

(2)連梁受力和變形特點(diǎn):①受力特點(diǎn)。剪力墻中的連梁通?？缍容^小而梁高較大，連梁跨高比可能小于2.5，有時(shí)接近1。連梁在豎向荷載作用下產(chǎn)生的彎矩與剪力不大，在水平荷載下它與墻肢相互作用產(chǎn)生的約束彎矩與剪力較大，約束彎矩和剪力在梁兩端方向相反;②變形特點(diǎn)。反彎作用使梁產(chǎn)生很大剪切變形，對(duì)剪應(yīng)力十分敏感，容易出現(xiàn)斜裂縫。反復(fù)荷載作用下易形成交叉裂縫，使混凝土酥裂，導(dǎo)致剪切破壞，延性較差。

(3)連梁內(nèi)力設(shè)計(jì)值:①彎矩設(shè)計(jì)值。小震作用下的內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，通過折減連梁的剛度，使連梁的彎矩、剪力值減小。設(shè)防烈度為6、7 度時(shí)，折減系數(shù)不小于0.7;8、9 度時(shí)，折減系數(shù)不小于0.5。按連梁彈性剛度計(jì)算內(nèi)力和位移，將彎矩組合值乘以折減系數(shù)。設(shè)防烈度為6、7 度時(shí)，折減系數(shù)不小于0.8;8、9 度時(shí)，折減系數(shù)不小于0.5。用這種方法時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加其它連梁的彎矩設(shè)計(jì)值，以補(bǔ)償靜力平衡;②剪力設(shè)計(jì)值。非抗震設(shè)計(jì)及四級(jí)剪力墻的連梁，取最不利組合的剪力計(jì)算值作為其剪力設(shè)計(jì)值。一、二、三級(jí)剪力墻的連梁，按強(qiáng)剪弱彎要求調(diào)整連梁梁端截面組合的剪力計(jì)算值，調(diào)整后的剪力作為設(shè)計(jì)值。

5 結(jié)語

當(dāng)前高層建筑工程施工中的框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部有較大空間，便于建筑功能的利用，但是在結(jié)構(gòu)受力方面還存在諸多缺點(diǎn)，需要采取相應(yīng)的措施予以解決，這樣才能更好的發(fā)揮框支剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)功效。

［1］劉麗秀.高層建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2010(15).

［2］杜勇.南京市某高層商住樓框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.建筑科學(xué)，2011(08).