高层框架—剪力墙结构体系的设计要点分析

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摘要:近年来，我国经济的迅猛发展带动了高层建筑的快速发展。由于框架一剪力墙结构体系具有优越的抗震性能，所以其在现代高层建筑中应用十分广泛。本文通过对高层框架一剪力墙结构体系的受力特点进行分析，论述了高层框剪结构的设计要点，并对设计中容易出现的问题进行分析，为相关实际工程提供了一定借鉴。

关键字:高层；框架一剪力墙结构；结构设计

Abstract: in recent years, the rapid development of China's economy has driven the rapid development of high-rise buildings. Due to the structural framework and shear wall seismic performance is superior, so its application is very extensive in modern high-rise buildings. In this paper, through the analysis of the force characteristics of the structural system of high-rise frame-shear wall, discusses the key points in the design of high-rise frame structure, and prone to problems in design are analyzed, provides some reference for practical engineering.

Key words: high-rise; frame shear wall structure; structure design

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

随着经济发展和现代科学技术的不断进步，城市中的建筑空间越来越小，使高层建筑应运而生，其有效的解决了城市内人口增多的问题，并为城市的发展和规划提供了良好的条件。

在各种结构体系中，框架结构具有布置灵活的优点，而剪力墙结构具有良好的抗侧力能力，框架—剪力墙结构体系在框架结构体系中布置一部分剪力墙，取两者之长，使框架和剪力墙两种结构体系有机的结合起来，既能满足建筑功能的要求，同时又能满足风和地震作用的考验。因此，框架—剪力墙结构体系是一种较好的高层结构体系，得到了十分广泛的应用。

1．高层框架一剪力墙结构的受力特点分析

对于低层建筑结构的设计来说，由于水平方向的风荷载、地震作用对结构体系产生的内力和位移都很小，所以通常可以忽略不计[1]。而在高层结构中，水平荷载对结构产生的内力与建筑高度的二次方成正比，而高层建筑楼面使用荷载和楼房自重在竖向构件中所引起的内力值仅与建筑高度的一次方成正比。因此，高层框架—剪力墙结构在设计时除了要使结构满足竖向承载力的要求外，还要满足水平荷载对结构强度的要求。

高层建筑结构在地震的水平作用力及外部环境中的风力等水平荷载作用下，随着层数的不断的增加，会带动侧向变形迅速增长，其值与建筑高度的4次方成正比，因此在进行混凝土结构设计时，框剪结构应该布置足够多的剪力墙作为抗侧力体系，在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。

另外，相对于低层建筑，高层建筑的结构柔性要高，所以在地震作用下对高层结构体系的变形影响要大很多。为了避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，在进行高层结构设计时应使整个结构体系和各结构构件具备足够的延性。

2．框架一剪力墙结构的设计原则与要求

对高层框剪结构进行结构设计，必须遵循安全性、适用性、耐久性及可靠性等几方面原则[2]。在这几方面原则基础之上，设计时还应注意以下两方面内容。

首先需要对高层建筑进行概念设计，有效地提高建筑结构的经济合理性和安全可靠性。概念设计的最终目的就是使结构能够抵抗各种可能受到的各种不确定情况。对高层建筑结构来说，其不确定因素更复杂性，所以采取概念设计更为必要。对于高层建筑结构来说，结构的抗风及其抗震的概念设计是概念设计的重要体现，通过概念设计可有效地提高结构的抗震性能。

另外，需要合理布置剪力墙。在设计框剪结构时，为保证建筑整体结构均匀受力，需充分重视剪力墙结构的平面布局，使建筑在侧向力作用下产生的侧向位移在允许范围内。一般来说，剪力墙平面结构的优化设计需要考虑以下几个方面的问题：①在满足建筑的各项基本结构功能的前提下，尽可能地集中、均匀的布置剪力墙，对于承受较大恒载或者平面形式变化较大处的剪力墙，应当尽量减小其间距。②尽量沿着主轴方向或者是多向进行布置，各方向的剪力墙最好是分别相连、拉通、对直，并使结构的刚度与质量中心重合，从而增强其空间的工作性能。③剪力墙要连续从下至上进行布置，若开设洞口，也应上下对齐，成列布置，从而使剪力墙应力规则分布，防止刚度突变，而不利于结构受力及抗震。

3．框架一剪力墙结构设计中的常见问题分析

3．1结构选型的问题

对于框架—剪力墙结构体系，一般利用电梯间做钢筋混凝土核心简抵抗大部分水平荷载，而由框架柱承受主要竖向荷载，所以该结构体系既具有框架结构布置灵活的特点，又具有较大的刚度和较强的抗震能力。而该结构体系剪力墙布置位置往往受到限制，不可避免地造成刚度中心和质量中心不重合，产生偏心扭矩，且内凸的框架柱仍会影响使用功能。另外新规范的出台，也对结构的选型增加了很多限制条件[3]。如在新规范中强制性规定不应该采用严重不规则的建筑设计方案。新规范还强调了设计中的超高和抗震问题。所以，高层建筑结构设计人员应严格遵守新规范制度中的限制性条件，及时调整设计中的不符合规定的问题，避免为后期设计工作留下隐患。

3．2 结构体系空间受力特性的影响

在进行框剪结构体系的初步设计时需要考虑结构体系的空间组成特点。比如对高层框剪结构来说，要想保证建筑物空间形式的竖向稳定和水平稳定，建筑物底面起了至关重要的作用。由于组成高层建筑物的构件的截面尺寸和质量都很大，所以会造成竖向荷载数值偏大，从而使柱中较易引起较大轴向变形，影响连续梁内的弯矩，导致连续梁的跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大而中间支座处的负弯矩值减小。

3．3 结构分析计算结果的问题

由于计算机使用日益广泛，计算机辅助计算软件也在结构设计中已得到广泛的应用。但是设计师在设计中往往会发现在结构施工图中出现了许多概念性的错误和计算错误，有些错误可能会导致严重的后果。这主要是由于许多结构设计人员虽缺乏对整体结构概念的认识，过分依赖于计算机分析结果，或由于软件技术条件认识不清而导致错误的计算结果。因此在实际工程中，设计师们应该根据自身的工作经验和结构受力的特殊性对计算机得出的计算结果进行认真分析，重视概念设计，避免过分依赖计算机，得出合理判断。

4． 结束语

在高层建筑结构设计中，必须要求严格，选择合理的结构布置方案，保证结构满足刚度和强度的要求以及具有较好的抗震性能，而且针对高层框剪结构设计中常见的一些问题要十分注意，从而保证高层框剪结构的设计质量，得到高水平设计成果。

参考文献：

[1]苏永平．高层建筑中混凝土结构的优化设计研究(J)．山西建筑．2013,39（9）：24-26

[2]罗建岗. 高层建筑中建筑设计理论探究(J)．科技向导．2013,8：354

[3]郑小文. 高层建筑混凝土结构优化设计的解析 (J)．建材与装饰．2013,1：13-15