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摘要：为了适应人们对生活水平提出的更高的要求,也为了适应经济发展的步伐,更多的高层建筑出现在各个城市中。人们在享受高层建筑所带来的益处的同时, 也面临了新的问题。就是高层建筑的承重问题。于是越来越多的剪力墙结构被广泛的应用在高层建筑中。本文介绍了高层建筑剪力墙的特点以及分类，结合工程实例探讨了高层建筑框架-剪力墙结构设计应用。
关键词：高层建筑框架剪力墙结构设计应用
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
随着我国国民经济不断发展, 对高层建筑的需求愈来愈大,且高层建筑体型日趋复杂。城市高层建筑的结构设计大多采用框架剪力墙结构体系, 这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成, 框架的梁柱为刚接, 框架与剪力墙可为刚接, 也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂, 各种不同功能的用房综合在一起, 组成形态各异摩肩接踵的高层建筑, 给结构设计增加了一定的难度, 而框架剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点, 比较容易满足建筑物的使用要求, 而且框架剪力墙结构体系有较高的承载力, 较好的延性和整体性, 并且有很强的吸收地震力的能力, 从而大大减小了结构本身的侧移, 因此在实际工程中得到广泛的应用。
一、高层建筑剪力墙的特点以及分类
剪力墙是一种用来抵抗侧向力的比较好的单元,它可以是完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构,也可以是和框架共同组成的框架-剪力墙的结构。剪力墙具有比较大的刚度,在结构中通常承受大部分的水平力,成为一种比较有效的抗侧力的结构,在地震区的高层建筑中设置剪力墙或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。
1、实体墙
所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变,也没有反弯点,整个墙体的变形是以弯曲型为主。
2、整体的小开口剪力墙
这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%,但是仍然属于小面积开孔的墙体, 其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变,在高度上没有反弯点,或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。
3、双脂肢或者多肢剪力墙
所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。
4、壁式框架
壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大, 而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方放生突变,而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。
二、高层建筑框架-剪力墙结构设计应用
1、工程实例
某高层公寓， 地上31 层， 地下2 层，建筑物高度98. 3 m。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SA TWE 软件计算。
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）计算中将第一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,在规范中有规定:带边框剪力墙的截面厚度为：( 1 ) 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，且不宜小于层高的1/16 ； ( 2 ) 其他情况不应小于160mm, 且不应小于层高的1/20 。边框梁的宽度宜与墙同厚， 高度可取墙厚的2 倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全(包括在施工中混凝土浇筑时由于浇筑质量不高所造成的隐患等等)、经济合理(合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑, 主要是涉及到最小配筋率的问题)等特点。鉴于此, 剪力墙的厚度在满足层高的1/16 或者1/20 的前提下, 取200mm 为宜。
在这里应该强调的一点是, 一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高，从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。但还应该注意到, 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, 按高层建筑规范中一般装修材料, 框架— 剪力墙结构顶点位移与高之比u/H 不宜大于1/700 ,装修要求较高时u/H 不宜超过1/850 ，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, 剪力墙结构刚度小, 地震作用小, 位移限制能寬松的满足, 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
剪力墙数量多框架— 剪力墙结构刚度就大一些, 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m2 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接与刚结两种。铰接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。在铰接体系中，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，又减少其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5. 21 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可予以折减，折减系数不宜小于0. 5。结构设计中，连梁折减系数一般取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。
参考文献：
[1] 苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播,2010(19).
[2] 葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰(中旬刊),2008(5).
[3]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].中国建筑工业出版社,2007(12).
关键词：高层建筑框架剪力墙结构设计应用
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
随着我国国民经济不断发展, 对高层建筑的需求愈来愈大,且高层建筑体型日趋复杂。城市高层建筑的结构设计大多采用框架剪力墙结构体系, 这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成, 框架的梁柱为刚接, 框架与剪力墙可为刚接, 也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂, 各种不同功能的用房综合在一起, 组成形态各异摩肩接踵的高层建筑, 给结构设计增加了一定的难度, 而框架剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点, 比较容易满足建筑物的使用要求, 而且框架剪力墙结构体系有较高的承载力, 较好的延性和整体性, 并且有很强的吸收地震力的能力, 从而大大减小了结构本身的侧移, 因此在实际工程中得到广泛的应用。
一、高层建筑剪力墙的特点以及分类
剪力墙是一种用来抵抗侧向力的比较好的单元,它可以是完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构,也可以是和框架共同组成的框架-剪力墙的结构。剪力墙具有比较大的刚度,在结构中通常承受大部分的水平力,成为一种比较有效的抗侧力的结构,在地震区的高层建筑中设置剪力墙或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墙根据是不是开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。
1、实体墙
所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变,也没有反弯点,整个墙体的变形是以弯曲型为主。
2、整体的小开口剪力墙
这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%,但是仍然属于小面积开孔的墙体, 其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变,在高度上没有反弯点,或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。
3、双脂肢或者多肢剪力墙
所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。
4、壁式框架
壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大, 而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方放生突变,而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。
二、高层建筑框架-剪力墙结构设计应用
1、工程实例
某高层公寓， 地上31 层， 地下2 层，建筑物高度98. 3 m。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SA TWE 软件计算。
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）计算中将第一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,在规范中有规定:带边框剪力墙的截面厚度为：( 1 ) 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，且不宜小于层高的1/16 ； ( 2 ) 其他情况不应小于160mm, 且不应小于层高的1/20 。边框梁的宽度宜与墙同厚， 高度可取墙厚的2 倍。所以一个合理的剪力墙厚度具有结构安全(包括在施工中混凝土浇筑时由于浇筑质量不高所造成的隐患等等)、经济合理(合理的厚度以及钢筋级别在设计中都应有考虑, 主要是涉及到最小配筋率的问题)等特点。鉴于此, 剪力墙的厚度在满足层高的1/16 或者1/20 的前提下, 取200mm 为宜。
在这里应该强调的一点是, 一般情况下由于基础的埋置深度比较大而导致底层的层高比较高，从而也就要求底层剪力墙的厚度比较大。但还应该注意到, 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, 按高层建筑规范中一般装修材料, 框架— 剪力墙结构顶点位移与高之比u/H 不宜大于1/700 ,装修要求较高时u/H 不宜超过1/850 ，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, 剪力墙结构刚度小, 地震作用小, 位移限制能寬松的满足, 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
剪力墙数量多框架— 剪力墙结构刚度就大一些, 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m2 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接与刚结两种。铰接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。在铰接体系中，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，又减少其内力，满足结构设计要求。高层建筑混凝土结构技术规程5. 21 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可予以折减，折减系数不宜小于0. 5。结构设计中，连梁折减系数一般取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。
参考文献：
[1] 苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播,2010(19).
[2] 葛勇.对高层建筑框架剪力墙设计的探讨[J].建材与装饰(中旬刊),2008(5).
[3]徐建.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].中国建筑工业出版社,2007(12).