谈高层建筑框架剪力墙结构设计

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摘要：框架与剪力墙能形成稳定的组合结构，它能够有效提升建筑结构的整体抗震性能，同时加强整体刚度，具有良好的稳定性作用。高层建筑框剪体系设计较为复杂，具有较好的抗震性能，这种体系从形式上较为灵活，具有两种结构的优势，能够扬长避短。本文主要阐述框架剪力墙结构在建筑应用方面的优势以及在设计中的重点和难点，并且对框架剪力墙的设计原理以及抗震措施进行详细阐述，希望相关研究人员以借鉴和参考。

关键词：高层建筑；框架结构；剪力墙结构；抗震措施

前言

随着城镇化事业的发展，土地成为一种较为稀缺的资源，高层建筑成为解决空间利用不足的重要法宝。框剪结构是高层建筑设计的常用形式，框剪结构在整体设计上较为灵活，具有极强的自由度，抗剪能力也有了很大的提升，有效提高抗横向弯矩的能力。框架剪力墙结构也是目前高层住宅、办公以及商业建筑中比较常见的设计形式。

1框架剪力墙结构的优势

框剪结构布局的基础条件是框架结构体系，在平面框架体系中布置一定数量的剪力墙。在平面中设计，来达到灵活应用空间的目的，空间使用的自由度较大。在结构性能上，框剪体系吸取了两者的优势，同时抗震性能较好。框剪结构能够将两种不同结构体系重新组合起来，它与单纯使用剪力墙设计或者是整体性的框架设计有着明显的区别。在这种新的受力结构内，两者一起承担竖向的荷载，水平方向抗侧向位移能力较强，因此具有较大的刚度，并且抗剪能力也较强。在实际设计与运用过程中，能够扬长避短，使得建筑的结构与功能能够得到较好的协调。抗剪体系同时具备布局较为灵活，使用较为简单的性能，同时也有抗剪能力较强，抗震能力强的优势，因此在设计中得到广泛应用。

2高层建筑框架剪力墙结构设计的重点和难点

2.1结构受力特点

在框剪结构中，两种结构一起承担竖向以及水平方向的结构作用力。在整体布局中，承担竖向荷载的构件主要是剪力墙，这是一种优良的悬臂构件，同时具备较好的弯曲特点，在剪力墙的上部，其侧向位移会有较大的改变。框架结构类似于一种悬臂梁，因此它的主要是带有剪切性质的变形曲线，向上的地方，侧向位移增加越慢。在同一平面层上，由于具有整体框架中楼板的作用力，整体构件在曲线变化上会呈现相同的规律。在空间化的高层建筑平面中，侧向刚度比较大，因此在水平方向上剪力大部分由剪力墙分担，有效减少梁和柱的截面尺寸，同时能够优化结构的整体受力状态，协调结构力的分布，成果比较显著。框架结构承受的水平剪力较小，并且它能够沿着水平方向分布均匀，在这种结构中，柱子断面尺寸以及钢筋的配筋都分布较为匀称，有利于结构的优化设计。底部的墙体抗剪切性能比较优良，因此能够有效改变结构的整体位移。但是在框剪体系的上部，相较于造成的位移上变动，体系的整体水平位移比较小，同时这种结构能够有效制约负剪率。因此从综合角度上来看，框剪体系能够有效综合框架结构的剪切变形以及剪力墙结构的弯曲变形两者的受力特点，使得各个构件变形趋向均匀，能够有效改善纯剪力墙结构或者是纯框架结构的受力特性，改变原来的上下层层间变形过大的劣势。

2.2设计重点以及难点

在剪力墙的设计过程中，可以在剪力墙周围增加梁和柱结构，从而形成边框的剪力墙，这种设计结构能够有效阻止斜向裂缝向周围结构扩展，也可以在剪力墙支撑结构受到破坏后代替剪力墙进行承载作用。边框结构应该具备斜面承载能力，主要抵抗剪力墙开裂后对于其他梁柱的附加剪力。可以将剪力墙的面积尽可能减小，利用多种结构形式形成多肢墙或者是双肢墙，这种结构能够有效控制裂缝的扩展，形成耗能结构。剪力墙结构能够有效降低整体的刚度，避免在发生地震时形成剪切破坏，或者是剪力墙底部过早屈服。剪力墙在布置过程中需要遵守以下几点原则：①剪力墙特别适宜布置在建筑物的楼梯间电梯间以及建筑平面变化较大的部位，最好是进行均匀分布，剪力墙之间的间距不能够过大；②当建筑物平面形状具有比较明显的凹凸性时，应该将剪力墙布置在突出部分位置；③纵向以及横向的剪力墙比较适合形成l型结构或者是t型结构；④剪力墙如果为单片结构那么它底部所存在的水平方向的剪力，最好不要超过整体结构水平减低了30%；⑤剪力墙结构应该贯穿于整个建筑物的全高，这样能够有效避免刚度在竖直方向上突然发生变化，如果要进行开洞措施，那么洞口应该上下对齐；⑥电梯间部位的剪力墙应该尽量布置在抗侧力结构；⑦在进行剪力墙抗震设计时，剪力墙布置应该靠近主轴方向侧向高度。在地震作用的水平方向下，框架剪力墙结构框架部分承受的剪力通常较小，如果按照多道设防的理念，剪力墙是水平抗震的第一道防线，因此如果遇到地震条件，墙体应该先于框架结构破坏。为了增强框架剪力墙结构的优势，结构应该形成双向抗侧力结构体系，并且在结构主轴方向刚度不能够有太大误差，在进行抗震设计过程中，要按照主轴方向布置剪力墙，形成多道防线要求。

3框架剪力墙结构的抗震设计

（1）在框架剪力墙结构设计中，可以采用机构控制来达到总体屈服的效果，可以在较为特定的位置设定塑性铰，发生的次序形变位置进行控制，使得结构在地震结构作用下也能够形成较好的耗能机构，如果在水平方向构件首先进行屈服，然后才是竖向结构的屈服。（2）需要对结构的高度以及抗剪能力进行平衡，在框剪整体结构中，如果增加剪力墙数量，那么结构体积会增大，结构的高度也就会增加，就会造成结构自身自震周期减小，组织地震作用会加大，但是反之结构就会减少自身的高度，地震作用就会减小。在实际设计过程中，需要根据情况来综合进行考虑，将高层建筑的抗震设防烈度高度以及内部装修等考虑在内，确定较为适宜的位移最大移动性质，从而能够合理确定框剪结构中剪力墙的数量以及整体的体积，保证高层建筑具有较高的经济性以及安全性。（3）需要实现框架结构刚度和延展性的协调统一。框架剪力墙结构在高度以及粘性系数都存在一定的差异性，这就给框架结构上结构提高其抗震能力带来了难题，在理论状态下，框架剪力上结构各个构件之间可能会出现协调不一致的情形，或者会出现先后遭到破坏，以至于各个击破，这种情况降低了框架剪力墙结构中构件的抗震可靠程度，因此在实际设计过程中需要连接各个构件，使其充分协调，达到高度以及延展性的统一，从而能够有效提升框架剪力墙墙结构的抗震性能。

4结束语

框架剪力墙结构由于其结构的互补性，因此在高层建筑中得到了广泛的使用，合理的使用框架剪力墙结构能够有效突出框架结构以及剪力墙结构的两种优势，提升高层建筑的抗震能力，因此在设计过程中，需要遵循承载分散以及把握要点等原则，综合确定框架剪力墙结构的整体使用比例，做好两者之间的协调工作，使得高层建筑在设计以及后期的运营过程中更加安全。

参考文献

[1]赵志诚.对高层建筑框架剪力墙结构设计中一些问题的思索[J].建材与装饰，2019（35）：95-96.

[2]刘申会.高层建筑框架剪力墙结构设计分析[J].门窗，2019（8）：73-74.

[3]杨华.基于实例分析高层建筑框架剪力墙结构设计[J].四川水泥，2018（11）：87.

作者：安智瑞 单位：山西盂县人