关于高层框架剪力墙结构设计要点分析
发表时间：2015-09-16T10:55:47.990Z 来源：《基层建设》2015年16期供稿作者：阚亮
[导读] 中山环保产业股份有限公司某建筑工程地下1层，地上15层，地下室层高5m，1层～2层层高5.5m。
阚亮
中山环保产业股份有限公司广东，中山 528400
摘要：高层建筑剪力墙结构的设计,能够有效的防止楼体受地震等灾害的影响,有助于加强建筑物的抗震能力、整体性以及侧向刚度,对建筑事业的发展起到了很大的作用。文章结合实际案例对高层剪力墙结构设计进行探讨。
关键词：框架剪力墙；结构设计；布置
1.工程概况
某建筑工程地下1层，地上15层，地下室层高5m，1层～2层层高5.5m，标准层层高3.4m。建筑风压0.40kN/m2，8度抗震设防，建筑场地类别Ⅲ类，地基基础设计等级甲级，建筑抗震设防类别丙类，剪力墙抗震等级一级，框架抗震等级二级。
2.基础与桩基设计
因主要液化土③层为粉土、粉细砂，为了穿透液化层故选用预制管桩。桩径500 mm，桩端持力层置于粉、细砂层顶面。基础采用柱下及墙下承台加防水板。
3.结构布置
1) 设计基本原则。根据业主建筑使用功能的需要，考虑到本工程1层，2层为餐厅和健身中心、房屋开间较大及结构高度的需要，主体结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙体系。
2) 剪力墙的布置与设计。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求，剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间平面、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大。剪力墙墙肢越长刚度越大吸收的荷载和地震力也越大，所以剪力墙不宜过长，实际设计中通过剪力墙上开结构洞来减小剪力墙的刚度，且剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变; 结构洞口宜上下对齐。电梯间、楼梯间及竖井通高开洞且楼梯间一般不考虑楼梯板的支承作用，该部位楼板的刚度被严重削弱，进而不能通过楼板传递刚度，所以在楼梯、电梯间等竖井位置布置剪力墙来加强且最好用剪力墙围成筒状增强开洞部位的整体刚度。同时为了保证结构有足够的刚度来抵抗扭转，并且使建筑刚心与平面形心尽量相吻合，应在建筑物周边对称位置均匀布置剪力墙。
依据上述原则及考虑到本工程1层，2层为餐厅和健身房，②轴～⑦轴间不能布置剪力墙，同时①轴～②轴交F轴处有通高玻璃幕墙也不能设置剪力墙，上述情况致使剪力墙布置受限，所以本工程柱与剪力墙平面布置见图1。
3) 剪力墙的连梁设计。剪力墙之间的连梁虽然容许其先破坏，但实际设计中，连梁起到的作用为连接剪力墙并通过连梁分配地震力，为了连梁屈服早于墙肢屈服实现强剪弱弯，计算模型调整主要是在考虑整体规则性的前提下，通过调整洞口高度加强连梁抗剪能力。在设计中还要注意当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，剪力墙可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析。
4) 楼屋面板的选型及设计。由于本工程主体结构采用了现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，为了能提高柱与剪力墙的协调性及整体结构的刚度，楼板也选用现浇钢筋混凝土梁板式结构。结合建筑平面布局，由于建筑x 向较长，为了提高结构的横向刚度且根据建筑平面布置，楼盖次梁沿建筑y 向布置。楼屋面板根据跨度计算板厚，其中±0.000板厚180mm，屋面板厚120mm，标准层板厚100mm。
5) 整体计算结果。经PKPM 计算，在规定的水平力作用下结构底层剪力墙承担抗倾覆力矩均在50%以上，因此按典型的框架剪力墙来决定抗震等级，同时整体结构能够满足结构侧向位移、扭转、位移比等计算指标。在整体计算满足要求的同时通过调整柱墙及连梁截面来杜绝超筋的情况，通过改变构件截面及混凝土等级来调整框架柱及剪力墙轴压比，通过改变楼板厚度及梁截面高度来满足挠度的要求。
4.本工程设计中所遇到的问题及处理方法
1) 方案选型与概念设计。根据建筑功能的要求选用经济性好和安全可靠性强的结构形式。结构体系受力明确，传力简洁，设置多道安全防线，增加结构整体和内部的冗余度，引进超静定结构和抗连续倒塌的设计理念同时兼顾经济性要求。
2) 抗震等级的确定。框架剪力墙结构在规定水平力作用下，因框架柱截面及剪力墙布置的不同从而导致柱与剪力墙所承受的地震倾覆力矩百分比的不同，直接导致结构抗震等级的选取和建筑高度适用范围的改变。在实际设计中需要多次改变柱截面及剪力墙布置来调整地震倾覆力矩百分比，而地震倾覆力矩百分比的变化又导致结构抗震等级的改变。设计时尤其要注意地震倾覆力矩百分比的变化会产生4 种不同结果。
3) 剪力墙的布置。框架剪力墙结构中剪力墙的布置不像纯剪结构中相对容易。框架剪力墙结构中剪力墙的布置需要满足许多抗震及构造要求。在实际设计当中需要平衡框架柱与剪力墙在整体计算中所承担的作用，在整体计算满足要求的情况下又会出现超筋及超轴压比的问题，整个设计过程需要反复计算设计难度较大。在具体设计当中会遇到剪力墙不能贯通建筑物全高从而导致刚度会发生突变的情况，当不能避免时，为使部分剪力墙截止位置层楼板有足够的刚度保证剪力的可靠传递，该层楼板应现浇且厚度不宜小于160mm，该层相邻上层
的柱应采取有效的加强措施，提高其变形能力和避免柱根部过早出现塑性铰。
4) 计算结果及构造措施。框架剪力墙结构的PKPM 计算除需满足纯剪结构的计算要求外还要查看地震倾覆力矩百分比，框架总剪力等要求。在主要计算指标中水平位移限值与舒适度相关联，水平位移储备大有利于防止主体结构开裂、损坏。框架剪力墙中剪力墙是第一道防线，当遭遇设防烈度地震作用时，剪力墙会出现裂缝，这时的边框柱与楼层处的暗梁对剪力墙起到约束作用，同时也能起支承竖向荷载的作用，防止结构倒塌，对于比较重要的建筑，底部加强区及以上1层～2层的暗梁宜满足承受本层竖向荷载的要求。因上述缘故框架剪力墙中的剪力墙有端柱时，宜在楼盖处设置暗梁。楼面梁与剪力墙平面外连接时，若楼面梁所支承的荷载面积较大，应在支承梁的位置设置附壁柱，楼面梁不宜支承在连梁上。
5.结语
钢筋混凝土框架剪力墙结构因能满足建筑大空间和建筑高度的要求是大家所常用的结构形式，同时是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大、带有边框的剪力墙和耗能性能较好的连梁共同组成的一种结构体系，抗震性能较好。结构工程师在设计中要保证结构有必要的承载能力和延性同时应避免刚度和承载力突变，整体设计要设置多道防线，对可能出现的薄弱部位应采取有效的加强措施。参考文献
[1]JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].
[3]JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].
