高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨

1、高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨 【摘要】随着我国高层建筑建设水平的提高，框架剪力墙结构成为了一个施工设计的关键性问题。本文将从以下几个方面来分析高层建筑框架剪力墙结构设计的各要素，同时，结合设计实例进行分析。 【关键词】高层建筑；框架剪力墙；结构；设计；应用 中图分类号： tu97 文献标识码： a 一、前言 目前，我国高层建筑框架剪力墙机构的设计中，还存在很多不合理的要素，因此，研究高层建筑框架剪力墙结构设计的应用问题很有必要，也很有现实意义。 二、高层建筑剪力墙分类 剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。 1、实体墙 所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体

2、面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变,也没有反弯点,整个墙体的变形是以弯曲型为主。 2、整体的小开口剪力墙 这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%,但是仍然属于小面积开孔的墙体, 其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变,在高度上没有反弯点,或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。 3、双脂肢或者多肢剪力墙 所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。 4、壁式框架 壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大, 而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方放生突变,而

3、且在大多数的楼层中都会出现反弯点。 三、高层建筑框架剪力墙结构设计受力特点 由梁柱线性杆件组成的框架其受力特点如竖向悬臂剪切梁,剪力墙是竖向悬竹弯曲结构，框架和剪力墙二者通过楼扳连接在一起,在下部楼层,因为剪力墙位移小。它拉着框架变形.使剪力墙承担了大部分剪力;上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大,而框架的变形反而小。框架除承担水平力作用下的那部分剪力外,还要负担拉回剪力墙的附加剪力，框架与剪力墙相互作用.共同工作。 从受力特点看,由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,使框剪结构在水平力作用下所分配的楼层剪力.剪力墙分配到的剪力远大于框架，这使得各层梁柱的弯矩比较接近,按框剪结

4、构协同工作计算内力,有利于减小梁柱规格.便于施工抗震设计时,两种结构形式可以组成抗震的两道防线。 四、高层建筑框架剪力墙结构设计的控制要点 1合理配置 剪力墙的平面布置一般原则是均匀、分散、对称、周边。分散原则是要求剪力墙片数不要太少，而且每片剪力墙刚度不要太大，连续尺寸不要太长，使抗侧力构件数量多一些，分散一些,每片剪力墙的弯曲刚度适中，在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能，也不会使个别墙的受力太集中，负担过重而引起过早地被破坏，刚度过大的墙承担的内力也大，相应的基础处理难度增加，同时也考虑到剪力墙相距太远，楼面刚度要求大，很难满足要求，周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力，

5、便于保证刚度中心与平面中心相吻合；剪力墙布置在周边对称位置，增加抵抗扭转的内力臂，在不增加剪力墙面积的情况下，提高抗扭转能力。 剪力墙的间距，对现浇钢筋混凝土楼盖l/b=24为宜，对装配整体式钢筋混凝土楼盖l/b=12.5为宜，,原则是建筑物愈高，抗震设防烈度愈高，取值愈小。 2提高轴压比 轴压比主要为控制结构的延性，随着轴压比的增大，结构的延性越来越差，对高层建筑抗震十分不利，我国现行规范均有相应要求。工程在进行初步设计时，业主提出当地混凝土搅拌站无法保证c40以上混凝土施工质量，混凝土最高强度等级为c40。根据规范，一级框架剪力墙结构框架柱轴压比为0.75，框架柱采取规范提出的构造措施提高

6、柱轴压比限值至0.90设计。底部加强区剪力墙厚度为350mm，混凝土强度等级为c40，能够满足设计要求。 3剪力墙的设计 （一）剪力墙的布置 剪力墙的平面布置一般原则是均匀、分散、对称、周边。分散原则是要求剪力墙片数不要太少，而且每片剪力墙刚度不要太大。连续尺寸不要太长，使抗侧力构件数量多一些，分散一些。每片剪力墙的弯曲刚度适中，在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能，也不会使个别墙的受力太集中。负担过重而引起过早地被破坏，刚度过大的墙承担的内力也大。相应的基础处理难度增加，同时也考虑到剪力墙相距太远，楼面刚度要求大，很难满足要求，周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力，便于保证刚

7、度中心与平面中心相吻合；剪力墙布置在周边对称位置，增加抵抗扭转的内力臂，在不增加剪力墙面积的情况下，提高抗扭转能力。 （二）剪力墙的厚度 在框剪结构中剪力墙宜有边缘约束构件即：边框柱和边框梁，在规范中有规定：带边框剪力墙的截面厚度为：(1)抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度均不应小于200mm，且不宜小于层高的116；(2)其他情况不应小于160mm，且不应小于层高的12o。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全、经济合理等特点。鉴于此，剪力墙的厚度在满足层高的116或者12o的前提下，取200mm为宜。 五、高层建筑框架剪力墙设计应用实例

8、 1、工程概述 某高层公寓,地上31层,地下2层,建筑物高度98.3m。从使用功能上,地下2层为停车库,面积较大;地上两层裙房作为商场;裙房以上为公寓。主体部分尺寸为:62.6m18.2m。该工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.1g,建筑场地类别为类,结构形式为框架剪力墙结构,框架及剪力墙的抗震等级均为二级。采用的结构计算软件为pkpm系列satwe软件计算。 2、结构布置 （一）结构平面布置 结构平面布置及柱网的布置要按照建筑要求。剪力墙的布置在设计中经过多次调整,一方面由于建筑使用功能的要求:地下室为地下车库;地上1至2层为商场;上部为公寓。在有些情况下,结构按正常情况下布置

9、的剪力墙影响使用功能;另一方面剪力墙的布置要合理且满足使用和计算要求。框架剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系,抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙。由于水平荷载特别是地震作用的多方向性,故结构应在多个方向布置抗侧力构件,才能抵抗水平荷载,保证结构在各个方向具有足够的刚度和承载力。 当平面为正交时,则应在平面两个主轴方向布置抗侧力构件,形成双向抗侧力体系。这个问题在框架剪力墙结构中尤为重要。因为在框架剪力墙结构中,剪力墙是主要抗侧力构件,如仅在一个方向布置剪力墙,则会造成无剪力墙的方向抗侧力刚度不足,使该方向带有纯框架的性质,没有多道防线,在地震作用下,可能会使结构在此方向首先破坏,而且会使两

10、个主轴方向的刚度差异过大,产生很大的结构整体扭转。 框架剪力墙结构中,由于剪力墙的刚度较大,其数量的多少和平面位置对结构整体刚度和刚心位置影响很大。因此在剪力墙布置时,应按“均匀、分散、对称、周边”的原则。根据建筑主体结构平面特点: （1）剪力墙均匀布置在建筑物的周边附近,使它充分发挥抗扭作用,在楼电梯间及恒载较大的部位设置剪力墙,以保证楼盖与剪力墙的剪力传递。 （2）纵横向剪力墙尽量连接在一起,或设计成带边框的剪力墙(该工程按此要求)以增大剪力墙的刚度和抗扭转能力。 （3）剪力墙的布置宜分布均匀,单片墙的刚度宜接近,墙肢较长时宜开洞(如电梯间处剪力墙)。 （4）该工程纵向较长,纵向剪力墙按纵

11、向分布设置,避免集中设置在房屋的端开间。 （5）剪力墙的数量应适量,过多会使结构抗侧力刚度过大,加大地震作用,增大地震效应。在此基础上,控制在基本振型地震作用下,剪力墙所承受的地震倾覆力矩占结构总地震倾覆力矩的比例一般在60%80%之间较理想。 （二）结构竖向布置 该工程下部两层为裙房,形成大底盘单塔结构,在结构布置上应符合简单、规则、减少偏心的要求。结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。 3、剪力墙连梁的设计 高层建筑在水平力作用下, 连梁的内力往往很大, 设计时应采取降低连梁内力的各种措施。如:加大剪力墙的洞口高度; 在连梁中部设水平缝; 对连梁内力进行调整; 对连梁刚度进行折减等。该工程采用调整洞口尺寸及对连梁内力进行调整。设计中如采取加大剪力墙洞口尺寸, 从而减少连梁内力的方法在解决连梁的问题上非常有效。在框架剪力墙结构中, 一端与框架柱相连, 一端与剪力墙相连的框架梁或连梁( 该工程多处出现) , 超筋较多。类似这种情况, 可以采取如下做法: （一）调整连梁截面尺寸。 （二）与连梁相连的剪力墙开设结构洞。 （三）也可将连梁与剪力墙相连的一端设计成梁、墙铰接, 只传递集中力不传递弯矩, 这样一般可满足梁柱端及梁跨中的抗弯承载力要求。当梁的