高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

李東陽

天津方標(biāo)世紀(jì)規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司 遼寧沈陽 110000

框剪結(jié)構(gòu)具有良好的互補性，兼容了多種性能優(yōu)勢，在工程中展現(xiàn)廣闊的應(yīng)用空間。設(shè)計人員必須遵循剪力墻分散布置等要求，全面把握各處設(shè)計節(jié)點，積極貫徹落實科學(xué)的防震抗震技術(shù)措施，進一步消除各處抗震薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)揮其優(yōu)勢作用。

1 框剪結(jié)構(gòu)概述

框架結(jié)構(gòu)具有一定的局限性，尤其是側(cè)向剛度方面較差，以及在水平荷載的作用下，發(fā)生的變形較嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載的能力較差。但框架結(jié)構(gòu)在水平位置布置的靈活性方面較高，在立面處理過程中，所發(fā)生相應(yīng)的改變較靈活。剪力墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)相比較而言，在強度和剛度方面都具有非常好的作用效果，并且水平位移也相對的比較小，但是剪力墻結(jié)構(gòu)也存在一定的局限性，那就是非常容易受到空間結(jié)構(gòu)方面的限制。將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)進行有效的結(jié)合，可以使二者之間形成相輔相成的效果，從而使其成為在一定范圍內(nèi)能承受較大水平荷載且又能在空間上較靈活布置的結(jié)構(gòu)體系——框剪結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)為彎曲變形，框架結(jié)構(gòu)為剪切變形，在結(jié)構(gòu)的底部剪力墻承受水平力的比例較大，框架柱較小，剪力墻幫助框架柱，隨著高度的增加剪力墻承受的水平力減小，框架部分承擔(dān)的水平力增加，框架柱幫助剪力墻?？蚣苤c剪力墻協(xié)同作用，而且剪力墻還可以作為結(jié)構(gòu)的第一道防線，體現(xiàn)了多道防線的設(shè)防要求。

2 框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

在房屋建筑工程中應(yīng)用框剪結(jié)構(gòu)時，要對設(shè)計方面的需求進行重點考慮，全面性的掌握框剪在具體設(shè)計過程中面臨的各種問題，只有這樣，才能進行有針對性的優(yōu)化處理，保證框剪結(jié)構(gòu)將經(jīng)濟性和適用性能充分的展現(xiàn)。如在進行抗震設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須清楚建筑物的抗震等級，確切的把控房屋建筑中應(yīng)用框剪結(jié)構(gòu)的實際要求，特別是要從內(nèi)力方面采取精確計算的方式，有效避免偏差。在有關(guān)方面房屋建筑工程中，必須嚴(yán)格達到抗震預(yù)防要求，同時還需要考慮到框剪結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性。在對剛度方面進行優(yōu)化設(shè)計時，必須保證經(jīng)濟性，并有效降低在后期長時間的應(yīng)用中出現(xiàn)各種隱患問題的概率。此外，從房屋建筑工程的實際高度進行考慮，抗震方面的要求同樣也是核心問題，要從實際角度出發(fā)，在具體操作過程中高度關(guān)注。另外，房屋建筑過程中框剪結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用，必須非常注重功能性、安全性、穩(wěn)定性。此外，從業(yè)主角度進行思考也非常有必要，清晰掌握業(yè)主對房屋建筑工程后期具體使用的要求，從而借助剪力墻結(jié)構(gòu)對內(nèi)部空間合理劃分，保證房屋建筑工程可以具備非常強的實際使用性能[3]。

3 框剪結(jié)構(gòu)的組成形式及布置要點

3.1 框剪結(jié)構(gòu)

由于在其空間利用及抗側(cè)剛度方面的優(yōu)勢被廣泛的應(yīng)用于辦公樓，公寓，住宅，飯店，教學(xué)樓，實驗樓等，具體的組成形式有如下幾種：

①框架和剪力墻（單片墻、連肢墻或較小井洞）分開布置，各自形成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)；②在框架結(jié)構(gòu)的若干跨度內(nèi)嵌入剪力墻（有邊框的剪力墻）；③在單片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)布置框架和剪力墻；以上幾種結(jié)構(gòu)布置形式可以單獨應(yīng)用也可以的混合應(yīng)用。

3.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置要符合下列規(guī)定

①應(yīng)滿足規(guī)范對框剪結(jié)構(gòu)的墻體間距的要求，為了保證樓板的剛度，能有效的傳遞水平力，剪力墻的間距不宜過大，須根據(jù)不同的地震烈度結(jié)合建筑功能選取合適的間距；②剪力墻宜均勻的布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化以及恒載較大的部位；③當(dāng)平面形狀有凹凸較大的部位時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻；④縱向、橫向剪力墻平面宜組成L形、T形和[形等形式；⑤單片剪力墻在建筑底部所承擔(dān)的水平剪力不能超過結(jié)構(gòu)底部總水平剪力的30%；⑥剪力墻的布置宜貫通建筑物的全高，盡量避免剛度突變且在剪力墻開洞時，洞口優(yōu)先上下對齊；⑦樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置；⑧抗震設(shè)計時，剪力墻的布置要使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度相互接近。

4 高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

4.1 剪力墻設(shè)計優(yōu)化

在剪力墻的布置中，應(yīng)優(yōu)先布置在結(jié)構(gòu)的周邊，交通核、平面形狀變化較大及恒載較大部位，盡量多應(yīng)用結(jié)構(gòu)上下的貫通墻體布置剪力墻，在結(jié)構(gòu)剛度較弱的樓梯間，電梯間處布置剪力墻。剪力墻的布置宜分散，不宜集中布置在結(jié)構(gòu)的端部，雖然剪力墻布置在建筑的角部在控制位移角及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)方面有很大的幫助，但在集中在角部容易造成對樓蓋兩端的約束作用，樓蓋中部的梁板很容易因混凝土收縮和溫度變化而出現(xiàn)裂縫，所以宜避免。剪力墻的數(shù)量不宜過多也不能過少，首先應(yīng)在兩個方向均布置剪力墻，且應(yīng)滿足框剪結(jié)構(gòu)對剪力墻的數(shù)量以及間距的要求。其次框剪結(jié)構(gòu)在滿足水平承載力的同時盡量控制框架部分承擔(dān)的傾覆力矩介于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩10%-30%，這樣屬于典型的框剪結(jié)構(gòu)模型，這樣在滿足的要求下降低了剪力墻所占的比例。從而減少結(jié)構(gòu)造價。

4.2 框架梁的優(yōu)化設(shè)計

在框架梁的布置中應(yīng)使框架柱雙方向拉結(jié)，且框架與剪力墻之間有效拉結(jié)。對層高控制比較嚴(yán)格的建筑可采用寬扁梁，雖然用鋼量會較高，但在空置層高方面效果較好。在通長情況下優(yōu)先采用主次梁結(jié)構(gòu)，合理的梁間距可以減小樓板的厚度，在減輕了自重的同時不僅能減少樓板的鋼筋含量，還能相應(yīng)的減小地震作用，從而減少全樓的鋼筋用量。

5 結(jié)語

框剪結(jié)構(gòu)以其較低的成本和較好的抗震性、穩(wěn)定性，在房建項目工程中得到了比較廣泛的運用。設(shè)計單位在對該結(jié)構(gòu)形式進行應(yīng)用時，需要對設(shè)計的要點和目標(biāo)進行明確，以完善的設(shè)計流程中的進優(yōu)化，加強實際設(shè)計過程中各個階段的目標(biāo)把控，做好設(shè)計前的準(zhǔn)備工作，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)及重點參數(shù)進行嚴(yán)格把關(guān)，確?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)能發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。