高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

文/ 唐光誠(chéng) 中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院 四川成都 610041

高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

文/ 唐光誠(chéng) 中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院 四川成都 610041

在高層建筑中框架剪力墻結(jié)構(gòu)是較為常見的結(jié)構(gòu)。它的應(yīng)用范圍較為廣泛，不僅能夠使高層建筑更加穩(wěn)定，而且還能增強(qiáng)其防震功能。但在施工過程中則要根據(jù)工程的具體特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文主要從框架剪力墻結(jié)構(gòu)概述﹑高層建筑框架剪力墻設(shè)計(jì)及其應(yīng)用以及對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算﹑設(shè)計(jì)﹑優(yōu)化的措施等方面對(duì)高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

高層建筑；框架剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著我國(guó)城市可利用空間的不斷減少，人們建造了越來越多的高層建筑，以達(dá)到擴(kuò)大使用空間的目的。面對(duì)傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)以及砌體結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出來的可利用空間不足以及建筑中存在的各種問題，使得人們加大了對(duì)高層建筑各種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行研究的力度。目前高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要包括框架結(jié)構(gòu)﹑框架—剪力墻結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)等等。對(duì)于超高層建筑來說，還包括筒體結(jié)構(gòu)以及框架—筒體結(jié)構(gòu)等等。由于現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，人工計(jì)算已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算的需求，因此必須使用相關(guān)的工程軟件進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)結(jié)構(gòu)的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，其次通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

一、框架剪力墻結(jié)構(gòu)概述

框架剪力墻結(jié)構(gòu)也被稱為框剪結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要形式是將一定數(shù)量的剪力墻布置于框架結(jié)構(gòu)中，平面布置非常靈活，形成自由靈活的使用空間，且可用空間較大，從而滿足不同建筑對(duì)功能的要求。而且剪力墻的數(shù)量使得建筑有較大的側(cè)向剛度，增加了建筑的穩(wěn)定性，提高了其抗風(fēng)能力以及抗震能力。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)這兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)組成的新的受力形式，因此它的框架以及剪力墻都和單純的框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)中的不同。在框剪結(jié)構(gòu)中，在建筑物的下部樓層，剪力墻的位移較小，和框架共同按照彎曲型曲線進(jìn)行變形，而大部分水平力由剪力墻承受；在上部樓層則剛好相反，剪力墻位移較大，有外側(cè)的趨勢(shì)，而框架的趨勢(shì)則是內(nèi)收，框架和剪力墻按照剪切型曲線進(jìn)行變形?？蚣懿坏袚?dān)外荷載產(chǎn)生的水平力，而且還要承受將剪力墻拉回的附加水平力。而剪力墻則不用承受荷載產(chǎn)生的水平力，而且還要承受負(fù)剪力。

二、高層建筑框架剪力墻設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

由于高層建筑的結(jié)構(gòu)較為特殊，因此不但要保證建筑的可用空間，而且要保證建筑的穩(wěn)定性以及防震抗災(zāi)能力。而框架結(jié)構(gòu)就是一種穩(wěn)定性較強(qiáng)且施工程序較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。在高層建筑中進(jìn)行框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意以下兩方面。

1.連梁的設(shè)計(jì)

連梁設(shè)計(jì)的主要問題是，首先，對(duì)混凝土材料的質(zhì)量要求較高。連梁的設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量對(duì)整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的影響是比較大的，因此必須選擇質(zhì)量較高的混凝土材料。也就是說，要想使框剪結(jié)構(gòu)的性能達(dá)到最佳，就必須對(duì)混凝土材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。其次，控制剪力墻洞口寬度以及連梁高度。在連梁設(shè)計(jì)中，剪力墻洞口寬度是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。而且還要以剛度需求為依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提升。一般情況下，二者之間成反比關(guān)系。在連梁高度較低的情況下，洞口寬度就會(huì)較大。但只有在二者共同作用的情況下，建筑的整體抗震功能才能提高。再次，適當(dāng)折減連梁的剛度，目的是降低裂縫出現(xiàn)的可能性。進(jìn)行折減時(shí)，要從連梁的設(shè)計(jì)階段開始，對(duì)每個(gè)參數(shù)的技術(shù)以及剛度問題進(jìn)行計(jì)算。最后，對(duì)剪力墻的厚度進(jìn)行不斷調(diào)整。當(dāng)對(duì)剪力墻的厚度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，也必須根據(jù)調(diào)整幅度對(duì)連梁進(jìn)行調(diào)整?？偠灾?，在進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)諸多問題進(jìn)行考慮，使得剪力墻的結(jié)構(gòu)能夠得到保證，從而為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

2.墻肢的設(shè)計(jì)

首先，對(duì)墻肢厚度進(jìn)行控制。墻肢的厚度能夠?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生較大影響，因此必須對(duì)其進(jìn)行控制。其次，剪力墻的結(jié)構(gòu)布置。采取雙向布置的方式，使得建筑物的空間設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。而且，為了滿足建筑物的防震性能，必須做到不將單向剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)用于需要抗震設(shè)防的區(qū)域。此外，要保證剪力墻結(jié)構(gòu)平面的分布較為均勻，使得剛度中心和建筑的質(zhì)心相互重合或距離較近，從而達(dá)到減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的。

三、對(duì)高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算以及設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的措施

1.剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化

對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，一方面要遵循樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩小于或等于40%的要求下，盡可能使所布置的剪力墻的數(shù)量較小。以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層的最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限制，這樣就能有效減輕結(jié)構(gòu)的自重，使得地震對(duì)建筑物的破壞力減小，而且能夠降低工程施工成本。另一方面還要遵循樓層最大層間的最大位移與層高之比的調(diào)整原則。相關(guān)規(guī)范規(guī)定在計(jì)算多地震樓層作用時(shí)樓層的最大層間位移時(shí)，以樓間的彎曲變形為主，并將其計(jì)入扭曲變形的范圍，可不用扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，因此應(yīng)該盡可能的降低高層建筑的扭轉(zhuǎn)變形。但也不能僅以這些層間位移為依據(jù)，還應(yīng)該以其他數(shù)據(jù)為參考。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

一方面，剪力墻墻肢的截面應(yīng)該簡(jiǎn)單且規(guī)則。剪力墻的豎向剛度要做到均勻，門窗洞口應(yīng)該做到上下對(duì)齊，使得墻肢和連梁較為明確。而且應(yīng)力分布也要做到規(guī)則，要與當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的計(jì)算簡(jiǎn)圖符合，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的安全可靠。另一方面，剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)的剛度以及承重力都較大，而平面外的則都較小。因此應(yīng)該對(duì)剪力墻平面外的彎矩進(jìn)行控制，使得剪力墻平面外保持穩(wěn)定。

結(jié)束語：

綜上所述，高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)的作用是非常明顯的，它一方面具有增大建筑物的可用空間，另一方面提高建筑物的穩(wěn)定性和防震抗災(zāi)能力的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)建筑物的性能能夠產(chǎn)生重大影響。因此在現(xiàn)代城市的高層建筑中，要對(duì)框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行有針對(duì)性的應(yīng)用。而在框剪結(jié)構(gòu)的計(jì)算及設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)及技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把控，尤其是對(duì)可能會(huì)對(duì)建筑的性能產(chǎn)生重大影響的環(huán)節(jié)，更是要多加計(jì)算和考慮，從而保證高層建筑的功能和性能都滿足人們的實(shí)際需要。

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