高層建筑框架—剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)探究

潘風(fēng)武

摘要：隨著高層建筑的逐漸涌現(xiàn)，做好剪力墻防震設(shè)計(jì)工作顯得十分重要。本文在對(duì)高層建筑框架-剪力墻的相關(guān)概念進(jìn)行綜合闡述的基礎(chǔ)上，分析了高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，并論述了高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；防震設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，社會(huì)民眾的建筑風(fēng)格呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢(shì)，建筑結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了一系列改變。盡管我國(guó)的高層建筑施工技術(shù)已經(jīng)漸趨完善，但仍不可避免的存在一些問(wèn)題，高層建筑的框架設(shè)計(jì)和剪力墻的防震性能不佳仍制約著高層建筑的更好發(fā)展。因此，探討高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、高層建筑框架-剪力墻概述

框架-剪力墻主要包括框架和剪力墻兩個(gè)方面的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)框架剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整，能夠有效強(qiáng)化其抗力形成，被作為一種科學(xué)的抗震材料應(yīng)用于建筑過(guò)程中。在設(shè)計(jì)框架剪力墻的過(guò)程中，應(yīng)將主軸位置作為科學(xué)的參考依據(jù)，將剪力墻設(shè)置在平面形狀的改變處。調(diào)查研究結(jié)果顯示，隨著建筑高度的增加，剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的水平側(cè)應(yīng)力，因此，應(yīng)將提升結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度作為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平形變的平衡與調(diào)整，從整體上防控結(jié)構(gòu)變形的進(jìn)一步加大，從而起到良好的防震效果。

二、高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

（一）特點(diǎn)

框架剪力墻主要是由框架和剪力墻兩個(gè)部分共同組成，而這兩個(gè)部分當(dāng)中的框剪結(jié)構(gòu)實(shí)際上有著完全不同的受力特性和變形特征。在實(shí)際的復(fù)雜受力環(huán)境下，框架剪力墻有著一定的變形特點(diǎn)，例如在受到水平方向的作用力后，剪力墻會(huì)優(yōu)先出現(xiàn)彎曲，并以主框架為變形方向，轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟行螒B(tài)，為了保證建筑整體的穩(wěn)定性，需要借助平面剛度的擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)樓板與墻體的協(xié)同作用，從而保證二者之間的水平位移的一致性。

在受力特點(diǎn)方面，框架剪力墻所應(yīng)用的梁柱線(xiàn)性桿件主要以框架的方式進(jìn)行受力，其中，豎向懸臂與框架剪力墻當(dāng)中的剪切兩直接連接，而剪力墻則通過(guò)彎曲結(jié)構(gòu)，保持對(duì)二者的支撐。在進(jìn)行受力時(shí)，由于剪力墻于框架之間借助樓板進(jìn)行相對(duì)位置的穩(wěn)定，因此框架在隨著受力不斷增大的過(guò)程中，導(dǎo)致剪力墻發(fā)生一定程度的位移。建筑實(shí)際中，建筑樓層的高低決定了剪力墻位移距離的變化規(guī)律。例如，樓層越高，剪力墻的位移水平會(huì)相對(duì)較大，而樓層高度相對(duì)較低，剪力墻的位移變化水平偏也會(huì)相對(duì)較弱。剪力墻與框架之間實(shí)際上屬于協(xié)同工作狀態(tài)。對(duì)于不同的受力狀況來(lái)說(shuō)，剪力墻所處的框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中的側(cè)向剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于框剪結(jié)構(gòu)自身的側(cè)向剛度，因此，在建筑實(shí)際的受力環(huán)境當(dāng)中，水平方向力的作用下剪力墻會(huì)優(yōu)先進(jìn)行力的承受和分配，因此其受力會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)框剪結(jié)構(gòu)的框架。在這種環(huán)境之下，梁柱之間的彎矩十分接近，設(shè)計(jì)方需要通過(guò)對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，努力縮小梁柱規(guī)格。

（二）注意事項(xiàng)

由于建筑當(dāng)中的剪力墻與框剪結(jié)構(gòu)之間存在差異，因此在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分注重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員要求能夠在變形狀態(tài)的受力環(huán)境當(dāng)中尋找到一個(gè)符合建筑墻體穩(wěn)定程度的均衡點(diǎn)，以此來(lái)進(jìn)行對(duì)于受力變化的調(diào)整。其中，水平力基于負(fù)載狀況下，框架與剪力墻之間會(huì)進(jìn)行協(xié)同，共同承受負(fù)荷。但是隨著建筑樓層的不斷增加，其在水平方向上的受力情況會(huì)大幅度提高，繼而帶動(dòng)其水平位移的增長(zhǎng)。當(dāng)樓板水平高度達(dá)到臨界值后，框架會(huì)發(fā)生與剪力墻之間的相互融合，從而不會(huì)再出現(xiàn)某一環(huán)節(jié)單獨(dú)變形的問(wèn)題。而當(dāng)框架剪力墻處于平移階段時(shí)，二者之間由于受力的協(xié)調(diào)能力遠(yuǎn)低于水平方向受力，會(huì)發(fā)生一定程度的整體變形，這要求設(shè)計(jì)人員需要充分考慮框架本身所具有的內(nèi)收趨勢(shì)，并通過(guò)對(duì)剪切曲線(xiàn)變形加以控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于框架拉剪力的控制。

隨著建筑技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)也能夠?qū)⒓夹g(shù)和實(shí)際建筑時(shí)用需求的契合度提升到前所未有的高度，從而使高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠依據(jù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新得到全面的提升。目前的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，通常要求將抗震設(shè)計(jì)作為主要的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，并且通過(guò)控制墻體長(zhǎng)度和厚度比例的方式進(jìn)行倍數(shù)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，設(shè)計(jì)當(dāng)中還應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持分散原則，通過(guò)對(duì)于抗側(cè)力構(gòu)件布置方式調(diào)整，使其保持離散狀態(tài)，從而使剪力墻能夠達(dá)到剛度和彎度兩個(gè)方面的要求。

三、高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

（一）框架剪力墻的防震性能提高

對(duì)于框架剪力墻的整體防震性能來(lái)說(shuō)，首先需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)角柱的重新設(shè)計(jì)。在剪力墻內(nèi)部，角柱的主要作用為對(duì)于橫梁和縱梁兩個(gè)部分框架進(jìn)行連接，這部分內(nèi)容是剪力墻整體發(fā)揮穩(wěn)定性能的關(guān)鍵。在進(jìn)行外圍框架平面設(shè)計(jì)師沒(méi)要求設(shè)計(jì)人員能夠?qū)袅Φ膲Π鍞?shù)量、框架剪力滯后情況等具體問(wèn)題進(jìn)行分析，并通過(guò)計(jì)量方式，對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中層間位移的變化情況最為重要。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)充分了解框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中存在的結(jié)構(gòu)延性特點(diǎn)，對(duì)于延性不良的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)采用十字開(kāi)口設(shè)計(jì)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)針對(duì)強(qiáng)度不足的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行耗能墻板的裝設(shè)，提高其延性。對(duì)于部分框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中存在的贅余構(gòu)件，則可以嘗試通過(guò)斜撐、偏交等方式，轉(zhuǎn)變其耗能特點(diǎn)，從而提高框架剛度。

剪力墻結(jié)構(gòu)在防震性能方面的提升策略主要體現(xiàn)在梁柱結(jié)構(gòu)以及肢墻面積兩個(gè)方面，其中梁柱結(jié)構(gòu)作為補(bǔ)強(qiáng)件，需要結(jié)合具體的建筑環(huán)境進(jìn)行增添。部分框架剪力墻由于斜向縫隙的限制，容易出現(xiàn)不規(guī)則拓展或者墻體受力后出現(xiàn)破壞，此時(shí)應(yīng)當(dāng)通過(guò)加裝多個(gè)梁柱結(jié)構(gòu)的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)墻體的受力補(bǔ)強(qiáng)；肢墻面積的選定和設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以盡可能縮減為基本思路，通常來(lái)說(shuō)，框架剪力墻的形式通過(guò)多組件、多肢墻的設(shè)置能夠有效對(duì)進(jìn)行裂縫的控制，設(shè)計(jì)當(dāng)中需要較多的肢墻數(shù)量，盡可能地縮減單位肢墻面積[1]。

（二）優(yōu)化抗震性能

框架剪力墻的抗震性能優(yōu)化主要通過(guò)機(jī)構(gòu)控制以及協(xié)調(diào)剛度兩個(gè)方面來(lái)完成。其中，結(jié)構(gòu)控制要尊重整體的屈服效果。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過(guò)對(duì)建筑所在地的地理環(huán)境、框架剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方式，明確機(jī)構(gòu)控制的原則。一般情況下，在框剪結(jié)構(gòu)加裝專(zhuān)用的塑性鉸，能夠有效提高框架剪力墻自身的抗震水平。塑性鉸所預(yù)留的空間位置能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)良的耗能，從而有效環(huán)節(jié)地震發(fā)生時(shí)水平方向的受力[2]。

在協(xié)調(diào)剛度方面，由于框架剪力墻在參數(shù)方面存在天然差異，因此在理論層面，框剪結(jié)構(gòu)當(dāng)中的構(gòu)件無(wú)法在地震發(fā)生時(shí)統(tǒng)一發(fā)揮作用，受到地震橫波影響，框剪結(jié)構(gòu)當(dāng)中的各個(gè)構(gòu)件會(huì)被逐個(gè)擊破，而造成整體損壞。這就要求在進(jìn)行框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要采取構(gòu)件的有機(jī)結(jié)合方式，改變?cè)袠?gòu)件之間的軸壓比?？蚣艚Y(jié)構(gòu)中剪力墻需要向兩邊進(jìn)行收束，提高其延展性，最終達(dá)到剛度增強(qiáng)的效果。

四 、結(jié)語(yǔ)：

在高層建筑中，框架剪力墻的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué)對(duì)其防震性能產(chǎn)生了直接影響。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將提升防震性能作為著力點(diǎn)，對(duì)剪力墻的數(shù)量和形式進(jìn)行合理安排和設(shè)計(jì)，為社會(huì)民眾的居住安全提供方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉莉. 高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)[J]. 科技視界，2016（06）：299+316.

[2]沈松. 高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)之時(shí)程分析[J]. 江西建材，2017（09）：24-25.