论文部分内容阅读
摘要：随着社会的发展、经济水平的提高，高层建筑体型日趋复杂，框架-剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间，较好的延性和整体性等优点而被广泛应用。本文主要是对高层建筑框架—剪力墙结构设计中的一些要点做了分析，以供同仁参考。
关键词：高层建筑；框架-剪力墙结构；布置；连梁设计
在结构设计时，框架-剪力墙结构中剪力墙的数量除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度，以免在地震作用下产生过大的侧向变形。剪力墙配置过少，会因结构产生过大的变形而无法满足安全和使用要求；剪力墙配置太多，既增加材料的用量和结构自重，又减小了结构自振周期，地震作用效应增大。
1、工程实例
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。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，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。
2、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置
（1）框架-剪力墙结构平面布置。
结构的平面布置较为简单，呈矩形布置。由于对功能的要求，一层设有大面积共享空间，根据《高规》第3.6.3条，采取了以下加强措施：（a）将地下室顶板厚度设为180mm，将第一、二结构层的楼面设为120mm，并且都采取双层双向配置钢筋。（b）将洞口周边的框架梁加宽，加强结构的整体性和抗扭刚度，减小地震作用下的扭转效应。（c）计算中将开大洞口结构层的楼板设置为弹性楼板。《高规》第8.1.7条要求剪力墙宜采用周边、对称的布置。但由于使用功能的要求，导致本工程剪力墙布置过于集中在建筑的两端，同时与剪力墙连接的楼板，多有设备管道留洞。为加强楼板的整体性，设备管线安装后均采用后浇混凝土封堵，确保结构整体受力。
（2）框架-剪力墙结构竖向布置。
本工程结构采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙体系，竖向体型比较规则，局部1-4层外挑3.00m。为了使结构的竖向刚度均匀变化，框架柱截面在第5层以下为950mm×950mm，第6层至第12层变为850mm×850mm，第13层至顶层为700mm×700mm。底部加强层为负一层到第3层，剪力墙厚为350mm，第4-8层墙厚为300mm，第9层到顶层为250mm。墙、柱混凝土强度等级地下一层到3层C45，4到14层C40，14层以上C35。以上调整力求做到自下而上刚度逐渐均匀减小，竖向抗侧力构件连续，承载力无突变。
3、确定剪力墙的厚度
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。规范规定带边框剪力墙的截面厚度为：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；其他部位不应小于160mm。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2倍。一个合理的剪力墙厚度具有結构安全、经济合理等特点。在这里应该强调的一点是，当结构底层的层高较高时，也就要求底层剪力墙的厚度比较大，但墙体的厚度对墙体稳定性的影响其重要性是不言而喻的。因此要在保证墙体稳定性的前提下，尽量不把层高较高楼层的剪力墙做的太厚。
4、剪力墙合理数量的确定
剪力墙的合理数量按许可位移决定，高度不大于150m的高层建筑，按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于1/800，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。用结构自振周期校核剪力墙布置数量是否合理，因为从地震作用本身来分析，剪力墙数量少结构刚度小，地震作用小，但这种结构在工程上有可能不很合理，结构的自振周期有可能不在合理范围内，结构自振周期的合理范围大致在：
T1=（0.09～0.12）NS，式中：NS—楼层数
剪力墙数量多结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。日本震害调查表明：当每平方米楼面平均剪力墙长度少于50mm长时，震害严重；在50-150mm之间时，震害中等；长150mm以上，震害轻微，目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况，建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
5、框架-剪力墙结构中连梁设计
框架-剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施：（1）对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减小其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5.2.1规定，在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。结构设计中，连梁刚度折减系数可取0.7。（2）若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。（3）为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙（柱）弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。（4）不宜将楼面主梁支承在连梁上。
总之，框架-剪力墙结构在设计过程中应加强对结构的关键部位和薄弱环节的设计，减少不必要的墙体布置，从而使结构的刚度、位移角、周期比等满足规范的要求，达到结构方案安全、经济合理的要求。
参考文献：
[1]李长征. 多高层建筑钢筋混凝土抗震墙的设计[J]. 四川建材. 2010（06）
[2]苏文生. 框架剪力墙结构刚度的调整与控制研究[J]. 民营科技. 2010（11）
[3]CECS 230-2008.高层建筑钢.混凝土混合结构设计规程[S]. 2008
关键词：高层建筑；框架-剪力墙结构；布置；连梁设计
在结构设计时，框架-剪力墙结构中剪力墙的数量除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度，以免在地震作用下产生过大的侧向变形。剪力墙配置过少，会因结构产生过大的变形而无法满足安全和使用要求；剪力墙配置太多，既增加材料的用量和结构自重，又减小了结构自振周期，地震作用效应增大。
1、工程实例
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。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，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。
2、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置
（1）框架-剪力墙结构平面布置。
结构的平面布置较为简单，呈矩形布置。由于对功能的要求，一层设有大面积共享空间，根据《高规》第3.6.3条，采取了以下加强措施：（a）将地下室顶板厚度设为180mm，将第一、二结构层的楼面设为120mm，并且都采取双层双向配置钢筋。（b）将洞口周边的框架梁加宽，加强结构的整体性和抗扭刚度，减小地震作用下的扭转效应。（c）计算中将开大洞口结构层的楼板设置为弹性楼板。《高规》第8.1.7条要求剪力墙宜采用周边、对称的布置。但由于使用功能的要求，导致本工程剪力墙布置过于集中在建筑的两端，同时与剪力墙连接的楼板，多有设备管道留洞。为加强楼板的整体性，设备管线安装后均采用后浇混凝土封堵，确保结构整体受力。
（2）框架-剪力墙结构竖向布置。
本工程结构采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙体系，竖向体型比较规则，局部1-4层外挑3.00m。为了使结构的竖向刚度均匀变化，框架柱截面在第5层以下为950mm×950mm，第6层至第12层变为850mm×850mm，第13层至顶层为700mm×700mm。底部加强层为负一层到第3层，剪力墙厚为350mm，第4-8层墙厚为300mm，第9层到顶层为250mm。墙、柱混凝土强度等级地下一层到3层C45，4到14层C40，14层以上C35。以上调整力求做到自下而上刚度逐渐均匀减小，竖向抗侧力构件连续，承载力无突变。
3、确定剪力墙的厚度
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。规范规定带边框剪力墙的截面厚度为：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；其他部位不应小于160mm。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2倍。一个合理的剪力墙厚度具有結构安全、经济合理等特点。在这里应该强调的一点是，当结构底层的层高较高时，也就要求底层剪力墙的厚度比较大，但墙体的厚度对墙体稳定性的影响其重要性是不言而喻的。因此要在保证墙体稳定性的前提下，尽量不把层高较高楼层的剪力墙做的太厚。
4、剪力墙合理数量的确定
剪力墙的合理数量按许可位移决定，高度不大于150m的高层建筑，按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于1/800，在满足这个要求的前提下，增减剪力墙的数量。用结构自振周期校核剪力墙布置数量是否合理，因为从地震作用本身来分析，剪力墙数量少结构刚度小，地震作用小，但这种结构在工程上有可能不很合理，结构的自振周期有可能不在合理范围内，结构自振周期的合理范围大致在：
T1=（0.09～0.12）NS，式中：NS—楼层数
剪力墙数量多结构刚度就大一些，地震时周期短地震力也加大一些，材料耗量增大。日本震害调查表明：当每平方米楼面平均剪力墙长度少于50mm长时，震害严重；在50-150mm之间时，震害中等；长150mm以上，震害轻微，目前我国尚无这方面的成熟经验，设计中可根据工程具体情况，建筑物高度、地区设防烈度及参考上面方法取值。
5、框架-剪力墙结构中连梁设计
框架-剪力墙结构中框架与剪力墙、剪力墙与剪力墙的连接方式有铰结与刚结两种。铰结为通过楼板连接来保证剪力墙与框架协同工作，刚结为通过连梁连接来保证剪力墙与框架协同工作。在铰结体系中，由于没有考虑连梁的约束作用，使得楼板作用显著，要保证剪力墙与框架协同变形和工作，楼板必须绝对刚性。在刚结体系中，连梁对墙和柱都会产生约束，连梁将承担着较大的剪力和弯矩，约束作用明显，并可以与楼板一同作为连接构件，传递弯矩、剪力、轴力。当结构遭受小于其设防烈度的多遇地震时，整个结构处于弹性工作阶段。当遭受高于其设防烈度的罕遇地震时，连梁形成塑性铰消耗地震能量，结构刚度降低，自振周期加大，地震力降低，减轻结构破坏。但由于连梁跨高比小，两端连接的墙或柱刚度差异较大，连梁变形产生较大的内力而破坏。连梁破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。连梁设计时可以考虑以下措施：（1）对连梁的刚度进行折减，既保证了塑性铰出现在连梁上，又减小其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5.2.1规定，在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。结构设计中，连梁刚度折减系数可取0.7。（2）若连梁刚度折减后内力还是过大，截面设计困难，可在连梁截面高度的中间开设水平通缝。（3）为保证连梁的延性，设计时应做到“强墙（柱）弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计要求。（4）不宜将楼面主梁支承在连梁上。
总之，框架-剪力墙结构在设计过程中应加强对结构的关键部位和薄弱环节的设计，减少不必要的墙体布置，从而使结构的刚度、位移角、周期比等满足规范的要求，达到结构方案安全、经济合理的要求。
参考文献：
[1]李长征. 多高层建筑钢筋混凝土抗震墙的设计[J]. 四川建材. 2010（06）
[2]苏文生. 框架剪力墙结构刚度的调整与控制研究[J]. 民营科技. 2010（11）
[3]CECS 230-2008.高层建筑钢.混凝土混合结构设计规程[S]. 2008