浅析高层建筑框支剪力墙结构设计

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摘 要：随着时代的不断进步，如今的建筑业的热潮更偏向高层建筑，而人们对高层建筑的使用功能要求越来越高，如今很多高层结构中的部分剪力墙因底层建筑功能的要求不能落地，因此结构中常常采用框支剪力墙结构。本文通过结合工作实践，对建筑的框支架的结构设计做出了浅析。

关键词：建筑高层；框支剪力墙；设计模式；抗震

1、介绍工程情况

本文以某工程建筑作为事例进行阐述，工程的总建筑面积大约是40000m2。其高度约在96.8米，总共32层：地下2层，地上30层。此建筑主要由2座塔楼结合形成，而2座塔楼中间有抗震缝将其隔开。地上除了1-3层属于商业使用范围，其余的都是居民使用。此建筑为了更好的保证商业区使用要求和居住区的结构抗侧力需求，运用框支剪力墙的构造进行设计，将3层的顶面安装梁式转换设施，进行对非落地剪力墙内力的传输工作。工程的抗震设防烈度为7度，设计地震作为第一组，基本地震加速度值设定为0.10g，将拟建场地为II类场地。结构的抗震等级分别设置为：框支柱为特一级，框支框架为一级，底部加强区的剪力墙为一级，非底部加强区的剪力墙为二级。

2、结构设计概念和布局

2.1确定结构模型

工程的地下室顶板厚度约200mm，运用双层双向配筋对各层不同方向的配筋率进行控制，其配筋率不能低于0.25，因地下室的整体刚度超出了相近的上方楼层刚度的2倍，从而更好的保障了地下室顶板成为上部结构的嵌固部分。可是由于转换结构特别复杂且非常重要，而且通过对拟建场地地质资料的了解发现，回填土针对地下室的约束达不到理想的作用要求，因此将嵌固部位做适当的下移，并和地下室、上部结构进行结合做更深入的探讨。

通过《建筑抗震设计规范》里的条文介绍，地下一层作为抗震墙的加强范围，在此工程中将地下一层当作上部结构的嵌固部位。随着抗震缝在±0.000或以下将由楼板连接，因此要对抗震缝两侧的梁板柱的配筋率做适当的提升，同时还要加强配箍率和箍筋的加密度。综上所述，由于两栋塔楼之间由抗震缝分开，所以在进行设计时需采用对外单塔模型进行分别计算。

2.2结构摸型和布局

工程是属于高位转换的高层构造，所以要采用受力准确、传力途径比较清晰的梁式转换设施。还要将转换层楼板的厚度保持在250mm和配筋率0.3%，从而更有效的将转换层的整体性提升，非落地墙的内力传输可靠性也得到相应提升。根据对《高层建筑混凝土结构技术规程》的了解，转换层上下部的刚度比主要由等效侧向刚度和楼层侧向刚度控制的。转换层上下的等效侧向刚度比比较接近于1，且转换层的楼层侧向刚度超出了邻近上部楼层侧向刚度的一半以上。等效侧向刚度比过大会影响转换层容易形成薄弱层；相对的，等效侧向刚度比如若过小，则影响转换层上层的墙体容易出现破坏。

在框支剪力墙的结构中由于其包含的商业空间需求，因此在对落地墙进行数量设置时是有限度的，换言之就是转换层下部刚度的提升是受楼层高度的影响。想要转换层上下的等效侧向刚度能够接近1，只能针对上部结构进行稍微的减弱。想要更好的保证规范规定的位移、整体稳定性和楼层最小化剪力，就必须保证其结构不能过大，在与转换层上下的等效侧向刚度相比的复杂高层结构更要做到如此。

根据上述要求，工程的上部墙体在布置时要将剪力墙的长度保持在高于8倍墙厚的范围，同时对底部加强区剪力墙的轴压控制在低于0.5的范围内，不仅要满足各项控制条件下的墙肢数量和墙肢长度的减少，还要将墙体的布置设置在框支柱的上方，通过对强翼缘长度的控制使连梁的跨度保持在适当的范围内，这不仅可以保证刚度不会过于减小，还可以保证配筋经济化。

根据建筑的要求，工程在设置住宅部分时设置2个转角窗，这就极大程度的减弱了抗扭刚度，从而容易形成不规则的扭转平面现象，在高层结构中更具危险性。为了更好的保障结构体系的合理性，此工程在进行转角窗设置时在其附近设置了小开间的剪力墙，并在墙肢端部整体布设边缘设施进行约束，同时还将转角窗的梁高设置超出邻近的上下挑板间的高度，还对此房间的楼板厚度进行加厚，设置暗梁等方案，从而提升了此部位的整体性。另外，为了降低抗扭刚度的损失，提升整体抗扭刚度，需在建筑周围的剪力墙洞口处与窗台相结合设置翻梁，且翻梁的高度要在800mm之上.

框支转换层和上部标准层的结构平面布局详见图1和图2。

经过以上所述，提升结构整体性和可靠性，通过对计算结果的了解发现，其在很大程度上保障了结构的可靠性和安全性。

3、结构计算和分析

工程针对高位转换框支剪力墙结构的复杂性来说，运用了SATWE和PMSAP两种结构分析软件对整体内力位移进行计算，对受力复杂的转换梁进行有限元应力分析同时还进行配筋结果校核。还依照建筑场地的类别和设计地震分别选择了两组实际强震记录和一组人工模拟的迅速时程曲线进行比较，并对结构进行弹性时程分析。通过分析结果看出，楼层位移曲线在转换层周围没有显著突变，相对比较平缓，没有结构薄弱层出现（见图3图4）。由此证明，此工程针对整体抗侧移刚度的控制方案和方式是十分有效的。

4、抗震加强措施

由于高位转换结构本身的复杂特征，此工程针对一些特殊位置进行了强化。

（1）底部落地简体外墙加厚至500mm；其余落地墙加厚至400mm，在其周边设置大于800mm x 800mm的端柱，通过800mm x 800mm的边框梁约束墙体并与相邻框支柱连接。

（2）提升下部抗震等级，最好确保在一级，另外还要增加配筋比，轴压比需要格外注意保持，还要扩大约束边缘构件的实际范围。

（3）框支柱的抗震等级需要特别注意达到特一级，这主要是为了确保良好的延展性。轴压比需要确保在0.5以内，针对一些轴压比较大的框支柱，我们需要强化芯柱来增加强度，还要同时确保钢筋截面面积大于柱截面的0.8%，还需要提升配箍率。

（4）由于大部分框支梁柱节点位置的钢筋密度较大，不利于高效施工，所以设计过程中应当确保钢筋的直径适当，严防混凝土本身出现裂缝，还要提升配筋比例。

（5）针对以上部分凹进较多的位置需要在凹进位置设计一个长500mm宽300mm的梁体，另外还要提升连接位置楼板的宽度。此外，针对中间电梯位置还需要加厚电梯墙的厚度，最好能够达到250mm，还要加强钢筋强度。

5、总结

针对高层建筑的高位转换工作来说，设计人员需要按照结合实际需求，做好框支剪力墙的设计工作，同时还要认真分析建筑本身的结构特征，经过调整达到满意的效果。

针对转换构件来说，设计人员应该认真分析架构的局部应力，根据分析结果进行配筋的校对，如果框支梁计算抗剪截面不符合需要时，需要尽可能的加宽截面，当然也要进行科学地控制，防止出现柱梁强弱不均匀你的现象。

在进行方案设计时需要提前跟建筑师协商，对于开洞、凹入以及突出的位置都进行相关的协商，一定要确保结构的规则性，这样才能最大限度的提升结构的安全可靠性能。

参考文献：

[1]刘勋达，冯振鹏.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（5）.

[2]吕瑞孝，姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息，2011.