基于實例分析高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

楊 華

（身份證號：3601241979****0016， 江西 南昌）

1 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)概述

所謂框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，主要指的是由框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合而成的一種結(jié)構(gòu)形式，將兩種結(jié)構(gòu)的各自的優(yōu)勢集中到一起。眾所周知，框架結(jié)構(gòu)的變形主要為剪切型，上部樓層之間的相對變形較小，下部樓層之間的相對變形較大，而剪力墻結(jié)構(gòu)的變形主要是是彎曲型，上層之間的相對變形較大，下層之間的相對變形較小。因此，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)綜合了兩種結(jié)構(gòu)的特點，由兩種結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形，形成了彎曲剪切變形，減小了樓層間的相對位移比和頂點位移的比值，提高了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。從受力特性來看，由于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的側(cè)向剛度遠(yuǎn)大于框架的側(cè)向剛度，在水平荷載作用下，剪力墻承擔(dān)了超過 80%的剪力。因此，框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的樓板剪力沿高度分布均勻，各層梁柱的彎矩相近，有利于降低梁柱規(guī)格，繼而使得施工更加便捷。

2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 框架結(jié)構(gòu)配置要求

在布置框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系過程中，不僅要滿足《抗規(guī)》、《高規(guī)》及其相關(guān)規(guī)范準(zhǔn)則，同時，還需要滿足以下要求:

布置框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時，不僅要符合《高規(guī)》、《抗規(guī)》及其有關(guān)規(guī)定，同時還需要滿足一下相關(guān)要求：

（1）框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置一般按照“均勻、對稱、分散、周邊”的原則布置。

在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)布置中，對于剪力墻的布置要遵循一下原則：均勻、對稱、分散、周邊。

（2）進(jìn)行框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時要采用雙向抗側(cè)力體系，在抗震設(shè)計環(huán)節(jié)兩主軸方向要設(shè)置剪力墻結(jié)構(gòu)。

（3）剪力墻應(yīng)連接建筑物的整個高度，并應(yīng)逐漸減薄沿高度墻的厚度，以避免剛度的突然變化。

2.2 抗震設(shè)計要點

（1）在抗震設(shè)計過程中，可以通過機構(gòu)控制來實現(xiàn)總體屈服的目標(biāo)。其設(shè)計做法是在框剪結(jié)構(gòu)的特定位置上安裝上一些“塑性鉸”，從而有效的控制塑性鉸發(fā)生的趨勢、次序及其程度的等，進(jìn)而確保在地震過程中能夠有效的進(jìn)行能量的損耗。

（2）平衡結(jié)構(gòu)剛度和承載力。在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻的數(shù)量增多，體積增大，剛度增大。然而，這會使結(jié)構(gòu)的固有振動周期變小，地震作用的整體水平增加，否則，結(jié)構(gòu)的剛度將減小，地震力將更小。

2.3 剪力墻布置

通常情況下，應(yīng)設(shè)置在平面形狀改變的地方，或角、端角、凹角部分，可以有效地增強扭轉(zhuǎn)阻力。高層建筑樓梯、電梯室和管道井的樓板開口會嚴(yán)重削弱樓板的剛度，這對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)有不利影響。針對這一現(xiàn)象，為了加強這些薄弱環(huán)節(jié)，在工程設(shè)計中使用鋼筋混凝土剪力墻，如樓梯、電梯豎井、豎井管軸等都將起到很好的效果。剪力墻間距適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板L/B＝2-4，適用于裝配式整體鋼筋混凝土樓板 L/B＝1-2.5。原則上，建筑物的高度越高，其取值就要越小。

2.4 剪力墻的厚度

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的邊界應(yīng)由梁（或側(cè)梁）和端柱組成。規(guī)范中規(guī)定剪力墻截面厚度為：

1）在抗震設(shè)計中，通常一級、二級剪力墻底部加固部分的厚度都不得小于1/16的層高，且不得小于200毫米；

2）其他小于160毫米，不應(yīng)低于1/20層的高度。隱蔽梁的寬度應(yīng)與墻體一樣厚，其高度可以是墻體厚度或框架梁截面的 2倍。框架柱的截面應(yīng)與同層框架柱的截面相同，滿足框架結(jié)構(gòu)中框架柱的要求。

3 實例分析

某地區(qū)一高層建筑項目，地上15層，高1～2層5米，其余標(biāo)準(zhǔn)層高3.4米，地下1層，高5米。該工程的風(fēng)壓為0.40kN/m2、施工場地III級、基礎(chǔ)設(shè)計甲級、8度抗震設(shè)防、建筑抗震設(shè)防等級 C級、框架抗震設(shè)防等級二級、剪力墻等級一級。

3.1 基礎(chǔ)與樁基設(shè)計

由于液化土③層主要是淤泥和粉砂土，預(yù)制管樁用于滲透液化層。樁徑為500mm，樁端持力層置于粉砂和細(xì)砂的頂面?；A(chǔ)應(yīng)在柱下、墻下和防水板下支撐。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

1）設(shè)計基本原則。根據(jù)業(yè)主對建筑物的功能要求，考慮到建筑物的一、二層需要滿足大空間和結(jié)構(gòu)高度的餐廳、健身中心的建設(shè)要求，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架-剪力墻體系。

2）剪力墻的布置與設(shè)計。按照混凝土施工技術(shù)的相關(guān)規(guī)范，在進(jìn)行剪力墻布置時，剪力墻的間距不能太大，要均勻布置在建筑物、樓梯、電梯、平面形狀變化大的位置，剪力墻肢體越長，所吸收的荷載剛度越大，地震力越大，因此，剪力墻不能太長。同時，在實際設(shè)計過程中，可以利用在剪力墻中打結(jié)構(gòu)孔來減小剪力墻的剛度，進(jìn)而避免剛度的突然變化。同時，為確保建筑結(jié)構(gòu)能有足夠的剛度來抵抗扭轉(zhuǎn)，并讓建筑剛心能平面形心相吻合，可以把剪力墻均勻的布置在建筑物周邊對稱區(qū)域。

3）樓屋面板的選型及設(shè)計。由于本工程主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，為了提高柱-剪力墻的協(xié)調(diào)性和整體結(jié)構(gòu)的剛度，樓板也采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁和樓板結(jié)構(gòu)。為了提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，根據(jù)建筑的布局，地板的二次梁沿建筑的y方向布置。樓板厚度按跨度計算。

4）剪力墻的連梁設(shè)計。雖然剪力墻之間的梁可以先破壞，但在實際設(shè)計中，連接梁在剪力墻之間起到連接作用，并通過連接梁分布地震力。為實現(xiàn)連接梁在墻腿屈服前的強剪切和弱彎曲，計算模型的調(diào)整主要通過對開口高度的整體規(guī)律調(diào)整來加強。連接梁的抗剪能力。在設(shè)計中需要注意的是，當(dāng)連接梁的破壞對豎向荷載沒有明顯影響時，可根據(jù)獨立墻體支的計算圖分析二次頻繁地震作用下剪力墻的破壞情況。

5）整體計算結(jié)果。PKPM計算表明，在規(guī)定的水平力作用下，底板剪力墻承受的傾覆彎矩大于 50%。因此，根據(jù)典型框架剪力墻確定抗震等級，整體結(jié)構(gòu)滿足la的計算指標(biāo)。位移、扭轉(zhuǎn)、位移比等。同時調(diào)整柱墻截面和連接梁截面，防止加固。通過改變混凝土截面和等級來調(diào)整框架柱和剪力墻的軸壓比。通過改變樓板厚度和梁截面高度來滿足撓度要求。

3.3 項目設(shè)計注意事項

1）方案選型與概念設(shè)計。根據(jù)建筑功能要求制定科學(xué)、合理、經(jīng)濟、使用的結(jié)構(gòu)方案。要保障結(jié)構(gòu)體系能有一定的應(yīng)力、簡單的力傳遞、多條安全線路，同時有效的增加建筑結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的冗余度，進(jìn)而引入超靜定結(jié)構(gòu)和抗連續(xù)倒塌設(shè)計思想，確保方案選型的合理性。

2）抗震等級的確定。通常，在規(guī)定的水平力作用的條件下，往往由于柱的截面不同，其剪力墻的布置也不同，所以，使得柱與剪力墻的地震傾覆力矩的百分比不同，因此，地震等級及其適用范圍也是不同。因此，實際設(shè)計過程中，柱截面和剪力墻布置都要經(jīng)過多次的調(diào)整地震傾覆力矩的百分比，而且，地震傾覆力矩的變化會影響結(jié)構(gòu)地震等級。

3）剪力墻的布置。在剪力墻的實際設(shè)計中，整體計算應(yīng)平衡框架柱和剪力墻的作用。當(dāng)整體計算滿足要求時，會出現(xiàn)過擬合、超軸壓比問題，設(shè)計中反復(fù)計算設(shè)計難度大。在混凝土設(shè)計中，剪力墻不能貫穿整個建筑的高度，導(dǎo)致剛度的突然變化。為保證剪切力的可靠傳遞，進(jìn)行樓板澆注，確保厚度在16厘米以上，相鄰上層樓板柱應(yīng)相同。應(yīng)采取有效措施提高變形能力，避免塑性鉸過早。

4 結(jié)束語

綜上所述，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用非常普遍，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中較為常見的結(jié)構(gòu)體系。因此，為了進(jìn)一步促進(jìn)高層建筑的發(fā)展，我們的設(shè)計師在實際工程設(shè)計中要加強重視，通過實際探索和研究，積累和總結(jié)實踐中的各種經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新，使建筑結(jié)構(gòu)合理，以獲得適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

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