论文部分内容阅读
摘要：在高层建筑结构设计中，钢筋混凝土框架剪力墙结构被广泛的应用。文章简要框架剪力墙结构体系的受力特征，探讨结构设计问题。
关键词：高层；建筑；框架剪力墙；设计；问题
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
随着建筑高层化的发展，对剪力墙性能及施工质量提出了更高要求。对于从事高层结构设计的工程师来说，只有对剪力墙结构的优缺点和技术要点全面把握，并能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验，并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑，才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。
一、框架剪力墙结构受力特征
首先，变形协调。由于框架和剪力墙两种不同超静定的抗侧力结构组成，受力特性和变形性质也就不一样。在水平荷载的作用下，如果单独的框架呈现剪切变形，随着楼层的升高，水平位移的增长也就越慢，层间的位移角自上而下会逐层的增大。如果单独的剪力墙的变形曲线程弯曲性，随着楼层越高，水平位移增长越快，层间位移角会自上而下逐层的变大，由此可知，两者的位移角增长的方向是相反的。而在框架剪力墙结构中，水平力在两者之间的分别是按照位移协调的原理进行的计算分配。在框架剪力墙结构中，二者同處在一个结构单元中，能够互相取长补短，共同承担水平的荷载，在楼板水平刚度足够大时，使两者连接在一起，不会出现单独变形的情况。在平移的条件下，框架和剪力墙的变形协调相同，从整体上看，会呈现出弯切型变形。在楼层的下部当剪力墙的位移较小时，会拉着框架呈现出弯曲型曲线变形，水平力大都分担在剪力墙上；而在楼层的上部，剪力墙的位移越大，框架的顶部就会拉着剪力墙呈现出剪切型曲线变形。
其次，从受力状态上看，构由于楼层上部连杆的拉力和水平荷载的放线相同，加大了框架顶部的水平剪力，同时楼层下部连杆产生的压力与水平荷载方向相反减小了框架下部的水平剪力，这样就改变原来的压力分配，使框架最后承受的水平剪力分布的比较均匀，也会导致框架结构顶部楼层即便在外荷载产生的压力很小的情况下，由于框架分担了剪力墙的一部分的压力，从而使框架顶部出现很大的剪力，所以在纯框架结构中，有剪力墙肢等弯曲性构件时，必须按照框架结构进行内力计算，否则计算的框架顶部楼层就会偏小，从而产生安全隐患。
二、高层建筑剪力墙设计要点
（一）结构设计的要求
一般的带有转换层的高层建筑，为满足不同的使用功能，转换层以上使用剪力墙结构，下层选择局部剪力墙结构。
( 1) 竖向结构的布置。由于竖向受力构件之间的转换容易造成高层建筑竖向刚度的突变，若受到地震作用，此处则成为抗震的薄弱环节，所以《高层建筑混凝土结构技术规程》中对框支剪力墙转换层的上下结构的等效刚度比有着严格的限制。在竖向结构布置中，应保证底部大空间具备合适的刚度、延性以及强度，一般从以下几点进行加强和改进。转换层的转换构件在传力过程中应该简单直接，应该尽量避免转换次梁以及水平方向的多级转换; 处在框支剪力墙转换梁的上一层墙体以及中间支柱承受的垂直载荷较大，最好不要设计门洞; 尽量强化转换层下部剪力墙以及框柱的刚度。
( 2) 平面结构的布置。平面结构应具有良好的整体性，遵循简单、规则并做到均匀对称。对于一些超长、超宽或者其他不规则平面结构一般要设置温度伸缩缝，不但可以具有整体性，还能兼作抗震缝。经过多年的研究分析，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置须经多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过 1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀;且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果，查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.75，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.4，均满足平面布置及控制扭的要求，一些平面不规则、质量中心与结构的刚度中心偏差过大的高层建筑中，在地震中承受巨大的扭转作用力而受到严重破坏，所以设计过程中尽量使这两个中心重合。
( 3) 转换层构件布置。转换层既是上层结构的基础，又是下后结构的封顶，起到承上启下的作用。转换层的存在使得上下传力构件无法直接、连续的进行传递，所以在转换层上部的竖向抗侧力构件应直接落在转换层的主结构上，从而使水平转换结构传力直接，避免出现多级复杂转换。梁式转换结构在这方面就表现出良好的性能，并且具有成熟的模型仿真，但是由于框支主梁受到的作用力十分复杂，因此在设计时必须进行应力分析实验，并按应力校核结果配备加强筋构造。
高层建筑框架剪力墙结构设计中的几个问题
（二）框架剪力墙中框架粱支座计算简图的简定
一般在框剪结构体系中，粱与柱特别是与外柱的连接都为嵌固，而梁与墙的联接往往视为铰接，但实际绘制施工图时，梁两端无论是配筋、钢筋的锚固往往都是按嵌固要求处理。当梁的线刚度小于层间墙的线刚度时或粱支承于两墙体的相交处时，宜按嵌固支座考虑。当这样考虑时，电算结果墙和梁端处的钢筋用量可能较多，而梁跨中钢筋偏小。所以实际配筋时，应使梁在墙上支座的配葡适当减少，以便能使粱在强地震时能出现塑性铰，而梁跨中的配筋则适当增加。计算中还应注意梁支承在墙上时，梁下墙的有效宽度一般宜取6倍墙厚或6倍梁宽中之小者且不大于2m，当梁跨度较大时，粱端墙上宜设置暗柱暗粱。
（三）短肢墙结构体系的计算
短肢墙结构应采用三维电算程序进行结构整体分析，竖向构件用开口薄壁杆模型或墙元模型。计算中当反映出的刚度不合适不均匀或者扭转偏大时，应调整结构布置后重算，以取得最好效果后再绘制施工囤。构件设计中，应注意竖杆一般属双向压弯杆，短肢墙一般都是在压弯、剪复合状况下受力，当肢长≤4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，电算输出的墙配筋只是柱子单边的配筋量，而当墙肢>4倍墙厚时，虽然是墙体的两面配筋量，但只考虑了墙肢平面内力作用而忽略了平面外的受力影响，绘施工图中均应适当考虑这些因素之影响。此外，电算分析中往往不易控制墙肢的轴压比限值，但小墙肢的轴压比都应控制在0．6以内。整体内力分析时，忽略了长度小于0．2m的墙肢，具体设计中均需人工计算或复核。
（四）适当调整顶部和中部楼层的配筋
剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，非抗震设计时均不应小于0.2%，抗震设计时均不应小于0.25 % ，并应至少双排布置。其截面厚度与框架梁宽相等时，框架梁的截面高度可取墙厚的2倍，框架梁的配筋可按构造配置。墙的水平分布筋是横向抗剪，可以起到抵杭温度庙力的作用，可以防止墙体斜裂缝发生脆性剪切破环，防止砖出现裂缝。当建筑物较高时配筋宜适当增加，在建筑物温度、刚度变化等敏感部位也要适当增加配筋。
（五）柱部分的设计
地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，以方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯问柱应增大纵筋、并全柱高、加密箍筋。原则上柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。柱内埋管，管截面面积占柱截面4％以下时，可不必验算。柱断面不宜小于450~450，混凝土不宜小于C25，否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0．45La的要求，不满足时应加横筋；否则在梁柱节点处钢筋太密，会导致混凝土浇筑困难。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，以减小断面尺寸。此外考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。
（六）注意复核局部构件受风影响
高层中，风力大变化大，往往在受各种因素使风力随时间变动出现阵风时，会使建筑物受到静力和动力的两重作用，因此，要考虑风振以及在风阵作用下结构的不利影响，保证结构有足够钢度和强度，保证防止局部破坏，防止风反复作用下构件疲劳破坏。对围护结构局部不利部位应考虑风力增大系数，如沿海地区的女儿墙、广告牌、阳台、遮阳、各种挑台等特别是水平有较大的悬挑构件，还应考虑上浮风力的影响。
结语
综上所述，框架剪力墙在建筑工程中发挥越来越重要的作用。因此，在进行高层建筑框架剪力墙结构设计过程中，要根据框架剪力墙结构的受力特征，对剪力墙进行科学的布置，采用合理的数量，选择适当的连接方式，不仅可以有效减少重复的工作，而且可以达到预期的经济目标。
参考文献：
[1]荣维生,诸火生,孙秀菊. 某高层建筑框架—剪力墙结构框架部分地震剪力的分析[J]. 建筑科学,2013,01:6-10.
[2]金洋. 高层框剪结构设计技术初探[J]. 经营管理者,2013,05:379.
关键词：高层；建筑；框架剪力墙；设计；问题
中图分类号：TU208文献标识码： A
引言
随着建筑高层化的发展，对剪力墙性能及施工质量提出了更高要求。对于从事高层结构设计的工程师来说，只有对剪力墙结构的优缺点和技术要点全面把握，并能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验，并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑，才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。
一、框架剪力墙结构受力特征
首先，变形协调。由于框架和剪力墙两种不同超静定的抗侧力结构组成，受力特性和变形性质也就不一样。在水平荷载的作用下，如果单独的框架呈现剪切变形，随着楼层的升高，水平位移的增长也就越慢，层间的位移角自上而下会逐层的增大。如果单独的剪力墙的变形曲线程弯曲性，随着楼层越高，水平位移增长越快，层间位移角会自上而下逐层的变大，由此可知，两者的位移角增长的方向是相反的。而在框架剪力墙结构中，水平力在两者之间的分别是按照位移协调的原理进行的计算分配。在框架剪力墙结构中，二者同處在一个结构单元中，能够互相取长补短，共同承担水平的荷载，在楼板水平刚度足够大时，使两者连接在一起，不会出现单独变形的情况。在平移的条件下，框架和剪力墙的变形协调相同，从整体上看，会呈现出弯切型变形。在楼层的下部当剪力墙的位移较小时，会拉着框架呈现出弯曲型曲线变形，水平力大都分担在剪力墙上；而在楼层的上部，剪力墙的位移越大，框架的顶部就会拉着剪力墙呈现出剪切型曲线变形。
其次，从受力状态上看，构由于楼层上部连杆的拉力和水平荷载的放线相同，加大了框架顶部的水平剪力，同时楼层下部连杆产生的压力与水平荷载方向相反减小了框架下部的水平剪力，这样就改变原来的压力分配，使框架最后承受的水平剪力分布的比较均匀，也会导致框架结构顶部楼层即便在外荷载产生的压力很小的情况下，由于框架分担了剪力墙的一部分的压力，从而使框架顶部出现很大的剪力，所以在纯框架结构中，有剪力墙肢等弯曲性构件时，必须按照框架结构进行内力计算，否则计算的框架顶部楼层就会偏小，从而产生安全隐患。
二、高层建筑剪力墙设计要点
（一）结构设计的要求
一般的带有转换层的高层建筑，为满足不同的使用功能，转换层以上使用剪力墙结构，下层选择局部剪力墙结构。
( 1) 竖向结构的布置。由于竖向受力构件之间的转换容易造成高层建筑竖向刚度的突变，若受到地震作用，此处则成为抗震的薄弱环节，所以《高层建筑混凝土结构技术规程》中对框支剪力墙转换层的上下结构的等效刚度比有着严格的限制。在竖向结构布置中，应保证底部大空间具备合适的刚度、延性以及强度，一般从以下几点进行加强和改进。转换层的转换构件在传力过程中应该简单直接，应该尽量避免转换次梁以及水平方向的多级转换; 处在框支剪力墙转换梁的上一层墙体以及中间支柱承受的垂直载荷较大，最好不要设计门洞; 尽量强化转换层下部剪力墙以及框柱的刚度。
( 2) 平面结构的布置。平面结构应具有良好的整体性，遵循简单、规则并做到均匀对称。对于一些超长、超宽或者其他不规则平面结构一般要设置温度伸缩缝，不但可以具有整体性，还能兼作抗震缝。经过多年的研究分析，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置须经多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过 1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀;且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果，查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.75，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.4，均满足平面布置及控制扭的要求，一些平面不规则、质量中心与结构的刚度中心偏差过大的高层建筑中，在地震中承受巨大的扭转作用力而受到严重破坏，所以设计过程中尽量使这两个中心重合。
( 3) 转换层构件布置。转换层既是上层结构的基础，又是下后结构的封顶，起到承上启下的作用。转换层的存在使得上下传力构件无法直接、连续的进行传递，所以在转换层上部的竖向抗侧力构件应直接落在转换层的主结构上，从而使水平转换结构传力直接，避免出现多级复杂转换。梁式转换结构在这方面就表现出良好的性能，并且具有成熟的模型仿真，但是由于框支主梁受到的作用力十分复杂，因此在设计时必须进行应力分析实验，并按应力校核结果配备加强筋构造。
高层建筑框架剪力墙结构设计中的几个问题
（二）框架剪力墙中框架粱支座计算简图的简定
一般在框剪结构体系中，粱与柱特别是与外柱的连接都为嵌固，而梁与墙的联接往往视为铰接，但实际绘制施工图时，梁两端无论是配筋、钢筋的锚固往往都是按嵌固要求处理。当梁的线刚度小于层间墙的线刚度时或粱支承于两墙体的相交处时，宜按嵌固支座考虑。当这样考虑时，电算结果墙和梁端处的钢筋用量可能较多，而梁跨中钢筋偏小。所以实际配筋时，应使梁在墙上支座的配葡适当减少，以便能使粱在强地震时能出现塑性铰，而梁跨中的配筋则适当增加。计算中还应注意梁支承在墙上时，梁下墙的有效宽度一般宜取6倍墙厚或6倍梁宽中之小者且不大于2m，当梁跨度较大时，粱端墙上宜设置暗柱暗粱。
（三）短肢墙结构体系的计算
短肢墙结构应采用三维电算程序进行结构整体分析，竖向构件用开口薄壁杆模型或墙元模型。计算中当反映出的刚度不合适不均匀或者扭转偏大时，应调整结构布置后重算，以取得最好效果后再绘制施工囤。构件设计中，应注意竖杆一般属双向压弯杆，短肢墙一般都是在压弯、剪复合状况下受力，当肢长≤4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，则应按异形柱进行设计计算。应用TBSA分析剪力墙结构时，尚应注意当肢长小于4倍墙厚时，电算输出的墙配筋只是柱子单边的配筋量，而当墙肢>4倍墙厚时，虽然是墙体的两面配筋量，但只考虑了墙肢平面内力作用而忽略了平面外的受力影响，绘施工图中均应适当考虑这些因素之影响。此外，电算分析中往往不易控制墙肢的轴压比限值，但小墙肢的轴压比都应控制在0．6以内。整体内力分析时，忽略了长度小于0．2m的墙肢，具体设计中均需人工计算或复核。
（四）适当调整顶部和中部楼层的配筋
剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，非抗震设计时均不应小于0.2%，抗震设计时均不应小于0.25 % ，并应至少双排布置。其截面厚度与框架梁宽相等时，框架梁的截面高度可取墙厚的2倍，框架梁的配筋可按构造配置。墙的水平分布筋是横向抗剪，可以起到抵杭温度庙力的作用，可以防止墙体斜裂缝发生脆性剪切破环，防止砖出现裂缝。当建筑物较高时配筋宜适当增加，在建筑物温度、刚度变化等敏感部位也要适当增加配筋。
（五）柱部分的设计
地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，以方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯问柱应增大纵筋、并全柱高、加密箍筋。原则上柱的纵筋宜大直径、大间距，但间距不宜大于200。柱内埋管，管截面面积占柱截面4％以下时，可不必验算。柱断面不宜小于450~450，混凝土不宜小于C25，否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0．45La的要求，不满足时应加横筋；否则在梁柱节点处钢筋太密，会导致混凝土浇筑困难。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，以减小断面尺寸。此外考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。
（六）注意复核局部构件受风影响
高层中，风力大变化大，往往在受各种因素使风力随时间变动出现阵风时，会使建筑物受到静力和动力的两重作用，因此，要考虑风振以及在风阵作用下结构的不利影响，保证结构有足够钢度和强度，保证防止局部破坏，防止风反复作用下构件疲劳破坏。对围护结构局部不利部位应考虑风力增大系数，如沿海地区的女儿墙、广告牌、阳台、遮阳、各种挑台等特别是水平有较大的悬挑构件，还应考虑上浮风力的影响。
结语
综上所述，框架剪力墙在建筑工程中发挥越来越重要的作用。因此，在进行高层建筑框架剪力墙结构设计过程中，要根据框架剪力墙结构的受力特征，对剪力墙进行科学的布置，采用合理的数量，选择适当的连接方式，不仅可以有效减少重复的工作，而且可以达到预期的经济目标。
参考文献：
[1]荣维生,诸火生,孙秀菊. 某高层建筑框架—剪力墙结构框架部分地震剪力的分析[J]. 建筑科学,2013,01:6-10.
[2]金洋. 高层框剪结构设计技术初探[J]. 经营管理者,2013,05:379.