淺析高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉騫

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)憑借其抵抗水平壓力、提高縱向荷載的性能優(yōu)勢，在我國高層建筑設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。文章分析了高層建筑框架一剪力墻結(jié)構(gòu)特點，進(jìn)一步探討框架剪力墻在高層建筑中的具體應(yīng)用情況和設(shè)計策略。

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

框架一剪力墻是高層建筑為了規(guī)避地震災(zāi)害而設(shè)計的結(jié)構(gòu)框架。這種框架結(jié)構(gòu)體系是由兩個不同的系統(tǒng)組成的，它們分別是剪力墻和延性框架，而且由延性較好的結(jié)構(gòu)框架連接而成。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計比傳統(tǒng)的單純框架結(jié)構(gòu)更加靈活多變，因而被廣泛應(yīng)用于建筑施工中，我國高層建筑中大部分使用此種設(shè)計。

1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程的概述

框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程是由剪力墻結(jié)構(gòu)和多種框架結(jié)構(gòu)共同組成的一種承重結(jié)構(gòu)，具有空間布置靈活、施工方便、抵抗水平荷載能力高等方面的優(yōu)點，是目前建筑使用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)體系。建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)工程是集剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)為一體的綜合性建筑結(jié)構(gòu)工程，其一般是使用混凝土墻板作為結(jié)構(gòu)的梁柱體系，利用剪力墻承擔(dān)工程的水平荷載和豎向荷載的一種建筑，框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由于框剪結(jié)構(gòu)是在繼承了框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上融合了剪力墻結(jié)構(gòu)。

2高層建筑框架一剪力墻結(jié)構(gòu)特點

2.1 框架一剪力墻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

框架一剪力墻的結(jié)構(gòu)組成不是單一的結(jié)構(gòu)形式，它是由框架和剪力墻兩種不同的結(jié)構(gòu)組合而成?？蚣芎图袅Y(jié)構(gòu)的受力特點是。在不一樣的在水平力作用下，框架的受力比較大?？蚣茉谑艿揭欢ǖ目箓?cè)力時會變形，此時形狀類似剪切型，這種剪切型的框架在地震受力中所承受的力量是：樓層高度和水平位移增長成反比的關(guān)系。而在純框架結(jié)構(gòu)中，在受到抗側(cè)力時，各個框架的變形結(jié)構(gòu)幾乎相似，樓層剪力與框架剪力墻的建立相差很遠(yuǎn)。剪力墻在水平力的作用下，受到抗側(cè)力時變形曲線呈現(xiàn)彎曲的形態(tài).此時樓層越高水平位移增長越快

2.2 框架一剪力墻的抗震性能

在高層建筑中抗震設(shè)計一般要遵循“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計原則。在發(fā)生震級比較小的地震時，建筑物可以正常使用：當(dāng)發(fā)生中級地震時，建筑物有部分損害，但損害較小，可以修復(fù)，不影響正常使用;當(dāng)發(fā)生重大地震時，保證建筑物不塌陷。一般地震的破壞力是多方向性的，所以建筑物在進(jìn)行抗震設(shè)計時要在各個方向布置抗側(cè)力構(gòu)件，以抵抗水平荷載，保證結(jié)構(gòu)的承載力，提高建筑物的抗震性。

3 框架剪力墻的承重

3.1 設(shè)計實現(xiàn)

在框架剪力墻的設(shè)計中和它的整體應(yīng)用過程中，都要考慮到結(jié)構(gòu)整體的承重性能?？蚣芗袅υ诟邔咏ㄖ系某兄匦Ч怯伤某兄卦頉Q定的。建筑的垂直重力載荷主要是由它的承重墻承擔(dān)的，而像地震等地質(zhì)變化主要是水平的壓力載荷威脅建筑安全，框架剪力墻主要功能是抵御水平載荷。

在建筑低層當(dāng)建筑受到水平壓力的時候，框架結(jié)構(gòu)基本上不起到承力作用，這時框架中的剪力墻承擔(dān)載荷，并且支撐框架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生強大的抵抗力，保持建筑穩(wěn)定。在建筑高層，由于剪力墻在局部上呈豎直性態(tài)，而且受到底部到高層的壓力傳導(dǎo)，剪力墻很難起到承壓作用，這時候由于框架整體的收束性，在力的扭曲傳遞之中，框架牽拉剪力墻形成對壓力的消解?？蚣芎图袅M成的整體，在建筑的各個高度上通過力的作用完成承壓功能。保障了建筑在各個層面上的穩(wěn)定性和安全性，同時為建筑的功能設(shè)計提供了發(fā)揮的空間，拓展了建筑功能的實現(xiàn)范圍。

3.2 框架剪力墻的維護(hù)

在長時間承壓情況下，剪力墻可能會出現(xiàn)損傷的情況。尤其是在震區(qū)，剪力墻是建筑安全的重中之重，甚至是建筑的生命線，因此做好高層的框架剪力墻設(shè)計尤為重要。首先在剪力墻建造中，就要選用堅固的材料設(shè)計，一般采用達(dá)到一定剛度和強度的混合材料制成，切不可因為節(jié)省原料而消減剪力墻的原料配備，以免建筑落成之后出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。在抗壓抗震功能要求比較高的剪力墻使用中，要結(jié)合框架剪力墻具體情況，定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)剪力墻損傷或者質(zhì)量問題，要及時上報，并采取相應(yīng)措施。如果剪力墻有了局部輕微損傷，那么需要進(jìn)行局部維護(hù);如果出現(xiàn)了大范圍的嚴(yán)重?fù)p傷，就應(yīng)該立即停止使用，進(jìn)行全面的修復(fù)甚至重建。

4 剪力墻的設(shè)計

4.1 結(jié)構(gòu)選擇

在剪力墻中，根據(jù)抗震強度需求和建筑形狀的要求，剪力墻設(shè)計有不同的剛度和性能。強度最大的是墻面一體、沒有任何開口的整體剪力墻。這種墻通常用鋼筋混凝土構(gòu)成，少

部分用預(yù)制模型現(xiàn)澆而成，具有很大的剛度，常用于大型建筑底部或抗震掩體以及銀行防盜設(shè)施。這種整體墻也有顯而易見的缺陷，即它的墻面沒有開口，形式單一，外觀裝飾效果較差，而且不利于通風(fēng)換氣和采光，因此整體墻常用于生活功能要求較低的建筑。

如果在墻面上設(shè)有一些小開口，或者規(guī)則的小開口排列，就形成了小開口剪力墻。這種剪力墻與整體墻抗壓能力沒有太大差異，但是對現(xiàn)實建筑功能需要的適應(yīng)性較好，可以應(yīng)用于多種場景的建筑設(shè)計。如果開口更大更多，形成整排整列的窗口布局，就變成了框支剪力墻，這種剪力墻剛度和靈活性比較均衡，是最為常用的剪力墻結(jié)構(gòu)，被廣泛的應(yīng)用在各種地址條件下的各類建筑中。

4.2 框架結(jié)合

在剪力墻的選擇上，有很多標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該根據(jù)建筑地區(qū)實際地質(zhì)環(huán)境情況和建筑功能需要綜合考慮。對于高層建筑來說，因為建筑較高，樓層較多，相比之下建筑體呈細(xì)長狀，一旦遇到地震等劇烈的地質(zhì)變化，很容易發(fā)生倒坍損情況。由于高層建筑的特殊高度，在建筑整體發(fā)生搖晃時，會受到很大的水平力，這時候承重墻無法起到很大作用，需要合理設(shè)計剪力墻來承擔(dān)水平壓力。在剪力墻上加入框架結(jié)構(gòu)，或者說在框架中設(shè)置剪力墻，可以構(gòu)成新的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，框架本身并不承擔(dān)主要抗水平壓力的作用，而是和剪力墻配合，在整體上，尤其是對建筑的高層提供抗震保障。

4.3 多種設(shè)計結(jié)合

在高層大型建筑中，很少有單獨使用一種剪力墻的情況，通常要多種剪力墻一起混合使用，發(fā)揮最好的抗壓作用。比如，在一棟高層大廈中，整體可采用復(fù)式框架，依據(jù)框架在其中建造框架剪力墻。同時，在局部上，在建筑底部和地下室采用整體剪力墻，構(gòu)造穩(wěn)定的下部結(jié)構(gòu)，增強底部的穩(wěn)定性，為建筑提供良好的底部支撐。然后，在建筑的背面采用小開口剪力墻，在保證承重的同時，實現(xiàn)小范圍靈活的建筑功能。如果大廈底部是沿街商鋪，則可以采用框支墻結(jié)構(gòu)，同時是注意與建筑的整體框架和剪力墻分布達(dá)成統(tǒng)一，以此增加剪力墻的功能設(shè)置。

在建筑高層區(qū)域，不宜采用過多的特殊設(shè)計，通常是沿用大廈整體的框架剪力墻設(shè)計，頂部做收束處理，保證建筑的整體性和高層區(qū)域的安全性和穩(wěn)定性。同時，很多高層建筑的中層會有重力平衡裝置，在框架和剪力墻設(shè)計中要與建筑的平衡裝置相協(xié)調(diào)適應(yīng)。同時建筑外層的外墻設(shè)置和可能存在的玻璃覆蓋設(shè)計，也要考慮到框架剪力墻的承重能力和特殊載荷。

5 結(jié)語

框架剪力墻綜合了框架和剪力墻兩種體系，具有很強的抗側(cè)力能力。在高層建筑中框架剪力墻作為建筑抗震的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，能夠很有效地在地震時減少樓層間的水平位移，保障建筑物的安全。作為高層建筑物的首選結(jié)構(gòu)，框架剪力墻有諸多設(shè)計原則，需要設(shè)計者和施工人員進(jìn)行合理而精確的設(shè)計，最大限度地提升框架剪力墻的作用，保障建筑物的質(zhì)量和安全性。

參考文獻(xiàn)：

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