摘要：本文作者根據多年的結構設計方面的經驗，以實例分析高層建筑框架-剪力墻結構設計，希望為結構設計同行提供一定的參考。

　　關鍵詞：高層建筑,結構設計,框架剪力墻

　　1、框架-剪力墻結構在高層建筑中的應用

　　高層建筑是社會經濟發展和科學技術進步的產物，在高層建筑結構設計中，水平荷載是設計的主要控制因素。分析水平荷載與結構體系的關系，根據建筑高度、尺寸和其他條件，選擇經濟而有效的結構體系，是結構設計的首要問題。高層建筑的結構體系中，主要有框架-剪力墻、筒體和巨型結構體系。這些體系的受力特點、抵抗水平荷載的能力、側向剛度和抗震性能等都各有不同，框架結構側向剛度差，抵抗水平荷載能力較低、底部層間位移大，對抗震不利，但具有空間大，平面布置靈活等優點，剪力墻結構則相反，抗側力強度和剛度均很大，但平面布置不靈活，不適應大空間的要求。而框架-剪力墻結構卻有兩者的優點，在同一結構單元中同時采用框架和剪力墻結構，共同承受豎向和水平荷載，起到了取長補短的作用，因而它廣泛地應用于高層建筑中。如新疆的海德酒店、烏魯木齊的瑞達國際、石河子大學醫學院附屬醫院住院二部等。

　　2、工程實例分析

　　某高層公寓，地上31層，地下2層，建筑物高度98.3m。從使用功能上，地下2層為停車庫，面積較大，地上兩層裙房作為商場，裙房以上為公寓。主體部分尺寸為:62.6m×18.2m。該工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.1g，建筑場地類別為二類，結構形式為框架-剪力墻結構，框架及剪力墻的抗震等級均為二級。采用的結構計算軟件為PKPM系列SATWE軟件計算。

　　2.1、結構選型：

　　根據《建筑工程抗震設防分類標準》規定，本建筑抗震為二級。考慮到地上兩層裙房作為商場，要求大空間且建筑外形要求美觀等因素，故采用框剪結構形式，這種結構既能使房屋空間布局靈活、有較大空間的特點，又能使高層建筑結構滿足較大側向剛度和較強的抗震能力，并能形成雙道抗側力體系。同時框剪結構符合抗震結構設計的三要求(超靜定、延性好、多道防線)，并能達到結構具有的強度、剛度、延性、穩定等，這樣的結構才是即經濟又合理的。

　　2.2、結構布置

　　(1)結構平面布置

　　結構平面布置及柱網的布置要按照建筑要求。剪力墻的布置在設計中經過多次調整,一方面由于建筑使用功能的要求:地下室為地下車庫，地上1至2層為商場，上部為公寓。另一方面剪力墻的布置要滿足使用和計算要求。剪力墻數量的合理使用也是控制工程造價經濟合理的重要因素。

　　框剪結構應設計成雙向抗側力體系，抗震設計時,結構兩主軸方向均應布置剪力墻,由于水平荷載特別是地震作用的多方向性,故結構應在多個方向布置抗側力構件,才能抵抗水平荷載,保證結構在各個方向具有足夠的剛度和承載力。當平面為正交時,則應在平面兩個主軸方向布置抗側力構件,形成雙向抗側力體系。根據建筑主體結構平面特點:剪力墻均勻布置在建筑物的周邊附近,使它充分發揮抗扭作用,在樓電梯間及恒載較大的部位設置剪力墻,以保證樓蓋與剪力墻的剪力傳遞。縱橫向剪力墻盡量連接在一起,或設計成帶邊框的剪力墻(該工程按此要求)以增大剪力墻的剛度和抗扭轉能力。剪力墻的布置宜分布均勻,單片墻的剛度宜接近,墻肢較長時宜開洞(如電梯間處剪力墻)。該工程縱向較長,縱向剪力墻按縱向分布設置,避免集中設置在房屋的端開間。剪力墻的數量應適量,過多會使結構抗側力剛度過大,加大地震作用,增大地震效應。同時造成工程造價偏高浪費。

　　(2)結構豎向布置

　　該工程下部兩層為裙房,形成大底盤單塔結構,在結構布置上應符合簡單、規則、減少偏心的要求。塔樓結構與底盤結構質心的距離不宜大于底盤相應邊長的20%。由于下部樓層層高較高,上部樓層層高較小,下部樓層剛度較弱,在結構布置時,為實現下剛上柔、逐步均勻變化的原則,盡量減少薄弱層,可通過調整結構構件的剛度或截面尺寸,降低連梁高度等。通過調整后,結構豎向布置滿足要求。

　　2.3、結構計算簡圖

　　鋼筋混凝土高層建筑在進行結構計算分析之前,必須首先確定上部結構嵌固端所在的位置。它直接關系到結構計算模型與結構實際受力狀態的符合程度,構件內力及結構側移等計算結果的準確性。該工程為帶兩層地下室結構,且范圍比主體結構大很多,在確定結構計算簡圖時,將地下室頂板作為上部結構的嵌固部位。在結構計算時,要使地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的兩倍。在計算側向剛度時,該工程根據實際情況沒有考慮地下室外墻參與的作用。其他要求均應符合規范規定。

　　2.4、計算方法及計算參數選取

　　該工程采用的計算方法為振型分解反應譜法,計算軟件為PKPM系列SATWE軟件計算。在結構計算中根據抗震設防烈度,除在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用外,并考慮雙向水平地震作用下的扭轉影響,同時考慮在偶然偏心影響下的作用。各計算參數的取值均按規范要求。如周期折減系數0.75，柱配筋計算原則按單偏壓計算雙偏壓復核，中梁剛度增大系數2.00，連梁剛度折減系數0.7，梁扭矩折減系數0.4，考慮0.2Qo調整。在結構計算中通過調整各構件尺寸和剪力墻截面,使其滿足規范的要求。例如:該工程在計算中橫向中間跨梁出現超筋及截面抗剪不足等情況。因中間跨跨度為4.4m,兩邊跨分別為6.0m和7.8m,跨度較小,而且由于建筑凈高要求,截面高度不得大于400mm,中間跨梁有的為連梁,有的為框架梁,通過不斷的調整該梁的截面及其他構件,最后通過加大該部分梁的截面寬度,其他部分作相應的調整,最后滿足要求。

　　2.5、剪力墻連梁的設計

　　在框剪結構設計中剪力墻連梁的設計成為一個難點。高層建筑在水平力作用下,連梁的內力往往很大,設計時應采取降低連梁內力的各種措施:加大剪力墻的洞口高度，在連梁中部設水平縫，對連梁內力進行調整，對連梁剛度進行折減等。該工程采用調整洞口尺寸及對連梁內力進行調整。設計中如采取加大剪力墻洞口尺寸,從而減少連梁內力的方法在解決連梁的問題上非常有效。另外,當連梁高度小于300mm時,SATWE在計算內力時將忽略該梁的存在,亦不計算配筋,因此對某些連梁超筋的情況,當其破壞對承受豎向荷載無明顯影響時,可考慮在大震作用下該連梁不參與工作,按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結構內力分析。在框架剪力墻結構中,一端與框架柱相連,一端與剪力墻相連的框架梁或連梁( 該工程多處出現),超筋較多。類似這種情況,可以調整連梁截面尺寸，與連梁相連的剪力墻開設結構洞，也可將連梁與剪力墻相連的一端設計成梁、墻鉸接,只傳遞集中力不傳遞彎矩,這樣一般可滿足梁柱端及梁跨中的抗彎承載力要求。當梁的跨度較大時,應驗算梁的撓度和裂縫寬度。

　　2.6應注意的問題及采取的措施

　　(1)結構平面形狀宜符合規則性要求,避免較大凹凸,如存在較大凹凸,在其端部附近布置剪力墻予以加強，沿豎向剛度均勻變化,剪力墻截面沿高度方向的厚度應從下至上逐漸減小。

　　(2)剪力墻的布置應在建筑物的周邊附近,兩主軸方向均勻布置剪力墻,樓電梯間等豎井的設置宜于附近的框架或剪力墻相結合,形成連續完整的抗側力體系。

　　(3)剪力墻開洞時,洞口宜上下對齊。

　　(4)計算參數取值要合理,對于計算結果要加以分析,確認其合理后,方可用于工程設計。

　　(5)計算結果應在規范或規程允許范圍內。

　　3、總結

　　本文通過工程實例介紹了高層建筑框架-剪力墻結構設計中應考慮的問題及采用的具體方法，對框架-剪力墻結構的布置、計算參數的取值、連梁的設計及需要注意的問題幾個方面作了詳盡的描述，本工程的計算結果是可信的，合理的，結構方案是安全可靠的，希望可以作為以后設計工作的參考。