高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

王剛

摘要：目前，隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀各大城市中的高層建筑隨處可見，高層框架建立結(jié)構(gòu)設(shè)計在房屋設(shè)計和建造過程中有著舉足輕重的作用，尤其是隨著近幾年地震等自然災(zāi)害頻發(fā)，房屋建筑的科學(xué)、合理性就變得愈發(fā)重要。

關(guān)鍵詞：高層建筑；框架剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

近幾年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，為了提高高層建筑整體的承載性、抗壓性以及耐用性，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用受到了建筑企業(yè)的高度重視，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是抵抗水平壓力和豎向壓力，從而有效的避免各種自然災(zāi)害帶來的水平荷載。

一、高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，抵抗水平荷載作用的能力是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要重點(diǎn)考慮的因素。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，剪力墻主要起到的作用就是抵抗側(cè)力，其承擔(dān)的風(fēng)荷載和水平地震作用占到總量的80%。因此，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中剪力墻剛度（數(shù)量）的大小對于結(jié)構(gòu)的抗震性能和經(jīng)濟(jì)性能具有重要影響。如果剪力墻的剛度在設(shè)計時較小，則會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大變形最終無法滿足使用要求；如果剪力墻的剛度在設(shè)計時選擇過大，則會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的自振周期降低，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到地震作用時的影響也會相應(yīng)增大，必然導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大，同時材料的使用量（主要是鋼筋混凝土）也會隨之增大。剪力墻的剛度過大還會導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計難度增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)造價的增加，同時如果框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻剛度過大，也會對框架承擔(dān)的水平作用產(chǎn)生負(fù)面影響。但是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，為了保證框架結(jié)構(gòu)的安全性，采用的設(shè)計剪力必須不低于限值，這就意味著剪力墻不論有多少，框架部分所使用的鋼筋混凝土也不能減少。因此，從抵抗水平荷載作用的角度而言，剪力墻應(yīng)該盡可能多的進(jìn)行設(shè)計；但是從工程造價方面看，剪力墻應(yīng)該盡量的減少，正是由于存在這樣的矛盾性，才出現(xiàn)了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻最優(yōu)剛度的問題，同時這個問題在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中是十分關(guān)鍵的。隨著建筑結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載，即結(jié)構(gòu)抗風(fēng)及抗震理論研究的不斷深入，同時先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備在工程中的大量使用，特別是計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員具有了較強(qiáng)的依賴性，設(shè)計人員逐漸習(xí)慣性的認(rèn)為，不需要自己動腦進(jìn)行設(shè)計只需要使用計算機(jī)獲得結(jié)果就能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，這樣必然導(dǎo)致在設(shè)計的過程中對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性及合理性的忽視。但是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，初選截面對于整個設(shè)計過程相當(dāng)重要，如果設(shè)計人員具有較多的設(shè)計經(jīng)驗，則能夠較好的選擇初始截面尺寸，從而可以使計算滿足要求。但是，并不是每一位設(shè)計人員都具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，同時僅依靠經(jīng)驗對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，必然導(dǎo)致在設(shè)計的過程中無法對設(shè)計進(jìn)行定性評估，并且會對設(shè)計效率產(chǎn)生影響。因此，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，如何保證剪力墻具有合理的剛度是一個值得研究的內(nèi)容，同時通過研究也可以為設(shè)計人員提供一定的參考，使其在進(jìn)行初步截面選擇時能夠節(jié)省時間，同時保證設(shè)計滿足需要。

二、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

（一）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)由框架和剪力墻兩種不同的結(jié)構(gòu)組成，框架具有較好的延性、剪力墻具有較大的抗側(cè)力剛度，二者通過具有良好耗能性的連梁組成，因此對于抗震而言具有多道防線。由于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，因此這兩種結(jié)構(gòu)也具有不同的受力特點(diǎn)以及變形性質(zhì)。當(dāng)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)受到水平荷載作用時，剪力墻可以被認(rèn)為是豎向懸臂彎曲結(jié)構(gòu)，剪力墻的變形曲線為彎曲型，具體如圖2-1b所示，水平位移增長幅度隨著樓層高度的增加而不斷增大?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架受到水平荷載作用時，變形曲線呈剪切型，具體如圖2-1a所示，水平位移的增長幅度隨著樓層高度的增加而降低。由于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中既有框架又有剪力墻，在水平荷載作用下，可以使框架和剪力墻的水平位移協(xié)調(diào)一致，使其無法各自自由變形，如果不對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)進(jìn)行考慮，那么同一樓層的水平位移是相同的。這樣就可以得到框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形曲線，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)受到水平力作用下，對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向變形進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，由于框架和剪力墻二者之間協(xié)同工作，因此對于結(jié)構(gòu)的下部，剪力位移小，從而剪力主要是由剪力墻承擔(dān)，根據(jù)相關(guān)研究可知結(jié)構(gòu)底部的剪力大約有70%～80%是由剪力墻承擔(dān)的；相反，結(jié)構(gòu)上部的剪力主要由框架承擔(dān)。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計

高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計對抗震能力起著關(guān)鍵性作用，剪力墻水平方向的剛性強(qiáng)度比較大，完全可以抵制小型地震。隨著高層建筑剛性強(qiáng)度的增加，它的抗震能力也隨著增加，但是成本投入也比較大，因此我們要對高層建筑進(jìn)行合理的設(shè)計，爭取做到“低消耗、高效益”。接下來就從這兩個方面來提高抗震能力：①控制剪力墻結(jié)構(gòu)水平方向的位移；水平方向的位移要滿足高層建筑規(guī)定的位移限制值。②地震力的控制；當(dāng)?shù)卣鹆^小的時候，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力和結(jié)構(gòu)位移值會出現(xiàn)滿足要求的假象，因此只有底部剪力滿足要求的情況下，對位移、內(nèi)力、配筋進(jìn)行合理的設(shè)置才有意義，同時還要調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)底部的剪力系數(shù)，只有深入了解剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，才能全面提高高層建筑的實(shí)用性。

（三）框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑放線測量技術(shù)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工中，需要對于高層建筑施工進(jìn)行放線測量，以建筑設(shè)計圖紙作為測量基礎(chǔ)，將施工現(xiàn)場有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為放線測量前提，利用先進(jìn)放線測量儀器對建筑工程開展放線測量作業(yè)。在對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工放線測量中，就需要使用全站儀器，進(jìn)而對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行放線測量在進(jìn)行放線測量作業(yè)中，對于建筑工程中的軸線控制網(wǎng)要特別關(guān)注。根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際情況開展放線測量作業(yè)，同時對于放線測量后的結(jié)果反復(fù)審核，保證框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑放線測量結(jié)果精準(zhǔn)。

結(jié)語

框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)在高層建筑施工中應(yīng)用，能夠有效增加高層建筑物使用壽命，對于建筑行業(yè)發(fā)展具有重要意義。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑物所具有的抗震性及抗風(fēng)性也在不斷增加，這就需要提高框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，提高框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁啟志.高層建筑結(jié)構(gòu)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例.廣州.華南理工大學(xué)出版社.1992

[2]林德忠.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)德剛度優(yōu)化方法.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報.2000（9）：17～19

[3]夏桂云，歐見仁，李傳習(xí)，等.考慮剪力墻剪切變形影響的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)分析[J].工程力學(xué)，2013，（6）：217一222+230