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摘要：框架剪力墙结构是高层建筑中的常用结构,文章通过工程实例,从结构布置,计算方法,设计参数取值以及剪力墙连梁设计等阐述高层建筑框架剪力墙结构设计中应注意的问题及采取的措施。
关键词：高层建筑;框架剪力墙结构;设计
Abstract: The frame shear wall structure is commonly used in high-rise building structure, in this paper, through the project example, from the structure arrangement, calculation method, design parameter selection and design in this paper, the coupling beam shear wall should be paid attention to in the design of frame shear wall structures of tall building problems and the measures taken.
Key words: High-rise buildings; The frame shear wall structure; design
中圖分类号：TU398+.2 文献标识码：A文章编号：
1.引言
现代高层建筑正向着多功能、综合用途的方向发展,在高层建筑的结构设计时,需要考虑的受力结构形式也较多,其竖向传力体系是设计的关键。建筑的空间形态是由结构传力体系支撑的,传力体系的剖面形式直接反映结构竖直荷载传递的路径,也关系到建筑物的使用功能。不同建筑结构其传力体系也是不一样的,因此在结构设计时也应考虑诸多细节以及采用正确的计算方法,使建筑物传力体系清晰,并满足抗震设计规范要求。
2.工程概况
以某酒店楼设计为例，该项目为宾馆饭店两用酒楼，地上18层塔楼，地下一层为停车场，地下停车场和地上1层的层高为4.5m，2-4层的层高为4.0m，其他层高为3.1m，以满足一层和地下停车场的公共活动区大空间要求，1-4层为餐饮区，5-18层为商住两用，地上建筑总高度为59.9m。主结构设计为框架-剪力墙结构，其他部位设置8.4×8.4m柱网，柱截面为地下部分820×820mm，地上部分为560×560mm，采用筏板基础。
3.设计参数的选择
3.1墙体选择
框架-剪力墙结构也称框剪结构如下图3-1，是为满足不同建筑功能的要求，在框架结构中布置一定数量的剪力墙，既保证了空间灵活又有足够的剪力墙提供足够大的刚度，框剪结构的受力特点，在下部楼层，剪力墙的位移较小，承受大部分水平拉力，使框架按弯曲型曲线变形，上部楼层则相反，剪力墙位移越来越大，框架承担外荷载产生的水平力和把剪力墙拉回来的附加水平力，所以，上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。为了避免剪力墙剪坏过早，底部的加强部位和其他各层要调整短肢剪力墙的剪力设计值，对于一、二级抗震等级要分别乘以增大系数1.4、1.2；不论抗震还是非抗震的设计，剪力墙的截面最小厚度不能小于200mm。因此，除了配置足够的剪力墙和不同的剪力墙形式（长短肢搭配），底层短肢墙厚250mm，2层以上短肢墙厚为200mm，核心筒和上层的楼层的一般剪力墙厚为200mm。4层以下的墙柱混凝土采用C40，其他为C30。
图3-1框架-剪力墙结构
3.2抗震等级设计
本工程中要求设计框架抗震等级为2级，在剪力墙结构中，剪力墙承受的“倾覆力矩比”是一项重要指标，这就要求设计人员灵活掌握，一般情况下按照剪力墙的的上限和下限来判定，然后依据判定结果进行设计调整，以达到符合设计要求。在抗震设计时，当框架部分承受的地震倾覆力矩(Mc)大于结构总地震倾覆力矩(Mo)的50%但不大于80%时，按框架-剪力墙结构设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，建议高度不低于45m，不高于60m。框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用。考虑地震组合作用的框架柱的轴压比N/（fcA），不宜大于下表3-1的极限值：
表3-1框架柱不同地震等级的轴压比限值
剪力墙和连梁的设计应符合以下要求：
跨度不大于2时，应配置暗梁。
跨度不大于1时要配置交叉暗梁。
根据表3-1轴压比取值为0.75，框架部分承受的地震倾覆力矩(Mc)与结构总地震倾覆力矩(Mo)的比值Mc/Mo在0.5-0.8之间，此时框架承担较大的地震作用。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，如高度不大于60m，设防烈度为8度时，剪力墙的抗震等级要比框架的抗震等级高一级，因此，工程设计剪力墙抗震等级为1级，核心筒和一般剪力墙则仍为2级设计。同时，抗震设计中计算结构刚度时还要考虑周期折减系数，因为在墙体中填充了轻质墙，这样可以利用在早期弹性阶段的刚度来吸收地震力，提高抗震作用。所以，折减系数的确定是根据非承重墙体材料来确定的，同时还要考虑抗震等级的要求，抗震等级高可多折减一些，反之就少折减一些，本次设计折减系数取0.8。
3.3框架梁刚度放大系数确定
框架梁的刚度是按截面尺寸来计算的，如果是现浇楼板，还要考虑楼板对梁刚度增大的影响，刚度增大系数一般可选1.0-2.0。框架梁的受拉钢筋最大配筋率见表3-2
表3-2 框架梁的受拉钢筋最大配筋率
3.4位移和位移比的控制
根据抗震规范，弹性位移角应控制在1/800 以内。另根据地方抗震规范，首层弹性位移角应控制在1/2000 以内。在考虑偶然偏心影响的的地震作用下楼层的竖向构件最大水平位移和层间位移要满足于：A级高度的高层建筑要介于楼层平均值的1.2-1.5倍之间，B级高度的高层建筑和复杂高层建筑要介于该楼层平均值的1.2-1.4倍之间，以利于减少扭转效应的影响。下面图3-2是标准楼层结构平面图，表3-2为标准层轻微地震时由位移角和剪重比的弹性计算结果：
图3-2标准楼层结构平面图
表3-2 标准层轻微地震时弹性计算结果
从上表可以看出，在高度一定的情况下，结构的剪重比增加、最大位移比和最大层间位移角减小，结构的刚度就会增加。
5.连梁超筋的解决方法。
1）减小连梁截面高度；
2）对连梁弯矩、剪力进行调整、调幅，塑性调幅设计；
3）当连梁破坏对竖向承载力无明显影响时，可考虑大震时连梁不参与工作，但连梁本身设计应满足非抗震设计的承载能力和正常使用要求；
4）连梁刚度折减。折减系数不应小于0.5；
5）连梁铰接处理；
6）连梁中部设水平缝。
4.结语
本文通过工程实例阐述了在高层建筑框架-剪力墙结构设计中应考虑的问题及采用的具体方法;对框架-剪力墙结构的布置、计算参数的取值、连梁的设计及需要注意的问题几个方面作了详尽的描述,以便在今后的设计中予以参考。
参考文献:
[1] 刘志敏,闫小兵.短柱改进措施在高层建筑抗震设计中的应用[J]. 科技情报开发与经济. 2010(07)
[2] 朱恩东.高层建筑抗震设计中短柱问题的处理[J]. 房材与应用. 2005(02)
[3] 曾云华.某综合办公楼结构设计[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2007(09)
[4] 金洋.高层框剪结构设计技术初探[J]. 经营管理者. 2013(05)
[5] 方志勇,关雪伶.对多高层建筑钢筋混凝土抗震墙设计的分析[J]. 科技创新与应用. 2012(01)
[6] 张喜东,姬栋宇,周国燕.地震作用下异形柱框架剪力墙结构受力分析[J]. 水利科技与经济. 2010(12)
关键词：高层建筑;框架剪力墙结构;设计
Abstract: The frame shear wall structure is commonly used in high-rise building structure, in this paper, through the project example, from the structure arrangement, calculation method, design parameter selection and design in this paper, the coupling beam shear wall should be paid attention to in the design of frame shear wall structures of tall building problems and the measures taken.
Key words: High-rise buildings; The frame shear wall structure; design
中圖分类号：TU398+.2 文献标识码：A文章编号：
1.引言
现代高层建筑正向着多功能、综合用途的方向发展,在高层建筑的结构设计时,需要考虑的受力结构形式也较多,其竖向传力体系是设计的关键。建筑的空间形态是由结构传力体系支撑的,传力体系的剖面形式直接反映结构竖直荷载传递的路径,也关系到建筑物的使用功能。不同建筑结构其传力体系也是不一样的,因此在结构设计时也应考虑诸多细节以及采用正确的计算方法,使建筑物传力体系清晰,并满足抗震设计规范要求。
2.工程概况
以某酒店楼设计为例，该项目为宾馆饭店两用酒楼，地上18层塔楼，地下一层为停车场，地下停车场和地上1层的层高为4.5m，2-4层的层高为4.0m，其他层高为3.1m，以满足一层和地下停车场的公共活动区大空间要求，1-4层为餐饮区，5-18层为商住两用，地上建筑总高度为59.9m。主结构设计为框架-剪力墙结构，其他部位设置8.4×8.4m柱网，柱截面为地下部分820×820mm，地上部分为560×560mm，采用筏板基础。
3.设计参数的选择
3.1墙体选择
框架-剪力墙结构也称框剪结构如下图3-1，是为满足不同建筑功能的要求，在框架结构中布置一定数量的剪力墙，既保证了空间灵活又有足够的剪力墙提供足够大的刚度，框剪结构的受力特点，在下部楼层，剪力墙的位移较小，承受大部分水平拉力，使框架按弯曲型曲线变形，上部楼层则相反，剪力墙位移越来越大，框架承担外荷载产生的水平力和把剪力墙拉回来的附加水平力，所以，上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。为了避免剪力墙剪坏过早，底部的加强部位和其他各层要调整短肢剪力墙的剪力设计值，对于一、二级抗震等级要分别乘以增大系数1.4、1.2；不论抗震还是非抗震的设计，剪力墙的截面最小厚度不能小于200mm。因此，除了配置足够的剪力墙和不同的剪力墙形式（长短肢搭配），底层短肢墙厚250mm，2层以上短肢墙厚为200mm，核心筒和上层的楼层的一般剪力墙厚为200mm。4层以下的墙柱混凝土采用C40，其他为C30。
图3-1框架-剪力墙结构
3.2抗震等级设计
本工程中要求设计框架抗震等级为2级，在剪力墙结构中，剪力墙承受的“倾覆力矩比”是一项重要指标，这就要求设计人员灵活掌握，一般情况下按照剪力墙的的上限和下限来判定，然后依据判定结果进行设计调整，以达到符合设计要求。在抗震设计时，当框架部分承受的地震倾覆力矩(Mc)大于结构总地震倾覆力矩(Mo)的50%但不大于80%时，按框架-剪力墙结构设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，建议高度不低于45m，不高于60m。框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用。考虑地震组合作用的框架柱的轴压比N/（fcA），不宜大于下表3-1的极限值：
表3-1框架柱不同地震等级的轴压比限值
剪力墙和连梁的设计应符合以下要求：
跨度不大于2时，应配置暗梁。
跨度不大于1时要配置交叉暗梁。
根据表3-1轴压比取值为0.75，框架部分承受的地震倾覆力矩(Mc)与结构总地震倾覆力矩(Mo)的比值Mc/Mo在0.5-0.8之间，此时框架承担较大的地震作用。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，如高度不大于60m，设防烈度为8度时，剪力墙的抗震等级要比框架的抗震等级高一级，因此，工程设计剪力墙抗震等级为1级，核心筒和一般剪力墙则仍为2级设计。同时，抗震设计中计算结构刚度时还要考虑周期折减系数，因为在墙体中填充了轻质墙，这样可以利用在早期弹性阶段的刚度来吸收地震力，提高抗震作用。所以，折减系数的确定是根据非承重墙体材料来确定的，同时还要考虑抗震等级的要求，抗震等级高可多折减一些，反之就少折减一些，本次设计折减系数取0.8。
3.3框架梁刚度放大系数确定
框架梁的刚度是按截面尺寸来计算的，如果是现浇楼板，还要考虑楼板对梁刚度增大的影响，刚度增大系数一般可选1.0-2.0。框架梁的受拉钢筋最大配筋率见表3-2
表3-2 框架梁的受拉钢筋最大配筋率
3.4位移和位移比的控制
根据抗震规范，弹性位移角应控制在1/800 以内。另根据地方抗震规范，首层弹性位移角应控制在1/2000 以内。在考虑偶然偏心影响的的地震作用下楼层的竖向构件最大水平位移和层间位移要满足于：A级高度的高层建筑要介于楼层平均值的1.2-1.5倍之间，B级高度的高层建筑和复杂高层建筑要介于该楼层平均值的1.2-1.4倍之间，以利于减少扭转效应的影响。下面图3-2是标准楼层结构平面图，表3-2为标准层轻微地震时由位移角和剪重比的弹性计算结果：
图3-2标准楼层结构平面图
表3-2 标准层轻微地震时弹性计算结果
从上表可以看出，在高度一定的情况下，结构的剪重比增加、最大位移比和最大层间位移角减小，结构的刚度就会增加。
5.连梁超筋的解决方法。
1）减小连梁截面高度；
2）对连梁弯矩、剪力进行调整、调幅，塑性调幅设计；
3）当连梁破坏对竖向承载力无明显影响时，可考虑大震时连梁不参与工作，但连梁本身设计应满足非抗震设计的承载能力和正常使用要求；
4）连梁刚度折减。折减系数不应小于0.5；
5）连梁铰接处理；
6）连梁中部设水平缝。
4.结语
本文通过工程实例阐述了在高层建筑框架-剪力墙结构设计中应考虑的问题及采用的具体方法;对框架-剪力墙结构的布置、计算参数的取值、连梁的设计及需要注意的问题几个方面作了详尽的描述,以便在今后的设计中予以参考。
参考文献:
[1] 刘志敏,闫小兵.短柱改进措施在高层建筑抗震设计中的应用[J]. 科技情报开发与经济. 2010(07)
[2] 朱恩东.高层建筑抗震设计中短柱问题的处理[J]. 房材与应用. 2005(02)
[3] 曾云华.某综合办公楼结构设计[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2007(09)
[4] 金洋.高层框剪结构设计技术初探[J]. 经营管理者. 2013(05)
[5] 方志勇,关雪伶.对多高层建筑钢筋混凝土抗震墙设计的分析[J]. 科技创新与应用. 2012(01)
[6] 张喜东,姬栋宇,周国燕.地震作用下异形柱框架剪力墙结构受力分析[J]. 水利科技与经济. 2010(12)