高层建筑框架剪力墙结构设计优化

1、 高层建筑框架剪力墙结构设计优化 摘要：现阶段，我国社会经济和科学技术发展水平不断上升，同时也在很大程度上推动了建筑领域的快速发展，特别是对建筑结构设计方面的要求更为严格，以往传统模式下的建筑结构设计已经无法满足当前人们提出的设计要求，这就需要建筑结构设计者基于社会大众要求，对原有建筑结构设计进行相应地创新。就此本文基于剪力墙结构，探究其在建筑结构设计中的应用策略，具有一定的现实性意义。关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计1结构种类在剪力墙结构中，整体墙是较为常见的一种。（1）是指墙面在整体上没有开洞口，或者开口的面积非常小，大概只占到整体墙面的15%，这样的结构属于整体墙。另外，墙面存在开

2、口，开口之间的间距比最大开口的长边要大，同时开口与墙边的距离也比最大开口长边大，开口的存在对于墙的整体影响不大，属于小开口整体墙。（2）当剪力墙面上的开口非常大时，剪力墙的墙肢相应就较短，连梁的刚度与墙肢的刚度基本相同，这样结构的受力就与框架结构比较相同，能抗风抗震，属于壁式框架剪力墙。（3）墙面开口非常大，连梁的刚度比墙肢小，这时剪力墙的抗剪力就会受影响，将多个单独这样的墙肢组合在一起，与连梁共同承受风荷载或者地震荷载，属于联肢墙。2剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的受力及设计原则剪力墙结构在宽度和高度上尺寸较大，但是厚度一般要小于普通墙体，其结构比较类似板，主要区别在于板是通过弯曲构件对

3、受力进行计算，而剪力墙是利用压弯构件对受力进行计算。所以，在进行建筑结构设计时，需充分考虑差异。剪力墙墙肢的长度具有一定的特点，如果墙肢截面高度和厚度的比值不大于4，结构设计需按照框架式。而如果比值大于8，结构设计就使用一般剪力墙。比值处在两者之间时，结构设计使用短肢剪力墙。剪力墙结构整体通常由纵向、横向剪力墙和梁板共同构成，受力主要有2种：（1）垂直方向的荷载，包括剪力墙自身重力、梁板恒载及活载、垂直地震力作用；（2）水平方向的荷载，包括风力及水平地震力。在高层建筑混凝土结构技术规程中有明确的规定，剪力墙长度不要大于8m。剪力墙结构受破坏的影响因素有剪跨比和轴压比，如果长度超过8m，在结构设

4、计时应要在墙体的中部设计开洞，使之成为双墙肢，通过连梁连接，使剪跨比大于2，满足剪力墙弯曲的延性破坏。在剪力墙结构设计中，对墙内力和变形问题的分析主要包含极限承载力和正常使用的极限状态，设计需满足在极限承载下，结构能不受破坏，在正常使用状态下，结构的设计需保证长久耐用。3剪力墙在高层建筑中的应用3.1剪力墙结构中的应用有些房屋的剪力墙自建筑基础至屋顶没有被打断称为全部落地剪力墙结构。这是剪力墙最常见的一种结构体系。全部落地剪力墙是单一的抗震防线，因此相关国家规范中对其位移角的要求最严格。相对全部落地剪力墙结构，部分框支剪力墙结构由于框支框架的存在，其实先天性存在竖向抗侧力构件不连续这一项不规则

5、类型。由于其竖向和水平向的力学复杂性，在分析其受力时，一般要求采用更为复杂的计算方法。首先进行常规的振型分解反应谱法得出位移、底部剪力等结果，与采用弹性时程分析方法相比，若后一种方法计算出的结果大，要按比例提高振型分解反应谱法中地震剪力。在罕遇地震作用下转换部位是薄弱部位，为保证大震不倒要满足弹塑性变形要求。对框支框架一般要采用有限元法分析转换梁与剪力墙的共同受力。3.2框架剪力墙结构中的应用根据框架和剪力墙分担的在规定水平力作用下的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不同，确定不同的设计方法。当比值不超过10%时，框架不具备形成二道防线的能力，一般按剪力墙结构进行设计。而框架部分应按框架剪

6、力墙结构中的框架进行设计。当比值超过10%且不超过50%时，这是典型的框架剪力墙结构。当比值超过50%且不超过80%时，也可按框架剪力墙结构进行设计。当比值超过80%时，其受力性能更接近框架结构。在典型的框架剪力墙结构中，存在着2道抵抗地震力的防线，即剪力墙和框架分别扮演着抵抗地震力的第一和第二道防线的角色。由梁柱组成的框架抗侧刚度明显小于剪力墙的抗侧刚度，其间存在数量级的差别。特别是在罕遇地震作用下，剪力墙首先出现屈服破坏，框架单独工作的状态。房屋设计时，水平力不是让框架和剪力墙按提供抗侧刚度的比例分配，而是有意识地保证剪力墙抵抗相应水平力的同时，保证框架结构有足够的在剪力墙失效时抵抗水平力

7、的能力，实现大震不倒的目标。3.3板柱剪力墙结构中的应用板柱剪力墙结构和框架剪力墙结构有许多相似之处。主要差别在于板柱剪力墙结构中某些部位不设置框架梁通过厚板来传递水平和竖向力。厚板与梁相比力学性能要差一些。在抗震设计上，板柱剪力墙结构抗震计算与构造比框架剪力墙结构要严格。高规中要求板柱剪力墙结构中的剪力墙能抵抗超过80%相应方向的风荷载引起的水平剪力，并且能抵抗相应方向的全部地震剪力。板柱部分承载力要求提高到可抵抗超过20%相应方向的地震剪力。一般分析方法可采用振型分解反应谱法，但要满足罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算。3.4筒体结构中的应用筒体结构结构形式很独特，具有结构抗侧刚度大、整

8、体性强、受力合理、使用灵活等许多优点，比较适合更高的高层建筑。特别是在b级高度房屋中应用广泛。筒体结构最常见的为框架核心筒和筒中筒。一般高度不超过60m的框架核心筒受力性能与框架剪力墙十分接近，所以一般允许按照框架剪力墙结构进行设计。高度超过60m的框架核心筒，其受力性能有别于框架剪力墙。此时也可按照两道抗震防线的理念进行设计。但剪力墙围合而成的核心筒的抗侧刚度要比框架剪力墙中分散设置的剪力墙的抗侧刚度大很多，框架核心筒的二道防线设计也有别于框架剪力墙。特别是框架部分承担的地震剪力标准值的最大值与结构底部总地震剪力标准的比值不到10%时，提高框架作为二道防线所分配的地震剪力，同时也要提高核心筒

9、抗震承载力。筒中筒是指由钢筋混凝土剪力墙围成的外筒和内筒。或同时存在外围的密集布置的柱和大截面的框架梁组成的框架筒体与剪力墙结构围合而成的核心筒体。其设计思路接近剪力墙结构，但剪力墙围成的筒体结构空间受力性能更强，抗侧刚度会显著优于普通剪力墙。在筒体剪力墙的构造上要求也更高。筒体结构工程应用中一般是超限的，需报超限审查。分析方法除一般的如振型分解反应谱法、弹性时程分析法补充计算等外，要依据超限专家组给出的意见进行其他有针对性的计算方法和构造要求。结束语：综上所述，从根本上来讲，建筑结构设计质量好坏，与建筑结构的安全稳定性有直接联系，因此设计者在进行建筑结构设计过程中，应该明确剪力墙结构设计是整个建筑结构设计中比较重要的内容之一，从中意识到其对整个建筑结构而言的设计优势，基于设计质量基础，结合建筑实际来优化剪力墙结构，将人们对建筑结构设计提出的要求考虑其中，科学进行剪力墙结构设计，一方面保障整个建筑结构在实际使用中的安全性，另一方面在于满足人们对建筑结构设计的美观要求。参考文献：1马瑞.建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析j.商品与