摘要：本文作者根據(jù)多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)例分析高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同行提供一定的參考。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),框架剪力墻

　　1、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用

　　高層建筑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水平荷載是設(shè)計(jì)的主要控制因素。分析水平荷載與結(jié)構(gòu)體系的關(guān)系，根據(jù)建筑高度、尺寸和其他條件，選擇經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)構(gòu)體系，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系中，主要有框架-剪力墻、筒體和巨型結(jié)構(gòu)體系。這些體系的受力特點(diǎn)、抵抗水平荷載的能力、側(cè)向剛度和抗震性能等都各有不同，框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度差，抵抗水平荷載能力較低、底部層間位移大，對(duì)抗震不利，但具有空間大，平面布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，剪力墻結(jié)構(gòu)則相反，抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度均很大，但平面布置不靈活，不適應(yīng)大空間的要求。而框架-剪力墻結(jié)構(gòu)卻有兩者的優(yōu)點(diǎn)，在同一結(jié)構(gòu)單元中同時(shí)采用框架和剪力墻結(jié)構(gòu)，共同承受豎向和水平荷載，起到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用，因而它廣泛地應(yīng)用于高層建筑中。如新疆的海德酒店、烏魯木齊的瑞達(dá)國(guó)際、石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院住院二部等。

　　2、工程實(shí)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(kù)，面積較大，地上兩層裙房作為商場(chǎng)，裙房以上為公寓。主體部分尺寸為:62.6m×18.2m。該工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，建筑場(chǎng)地類別為二類，結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，框架及剪力墻的抗震等級(jí)均為二級(jí)。采用的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件為PKPM系列SATWE軟件計(jì)算。

　　2.1、結(jié)構(gòu)選型：

　　根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，本建筑抗震為二級(jí)。考慮到地上兩層裙房作為商場(chǎng)，要求大空間且建筑外形要求美觀等因素，故采用框剪結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)既能使房屋空間布局靈活、有較大空間的特點(diǎn)，又能使高層建筑結(jié)構(gòu)滿足較大側(cè)向剛度和較強(qiáng)的抗震能力，并能形成雙道抗側(cè)力體系。同時(shí)框剪結(jié)構(gòu)符合抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三要求(超靜定、延性好、多道防線)，并能達(dá)到結(jié)構(gòu)具有的強(qiáng)度、剛度、延性、穩(wěn)定等，這樣的結(jié)構(gòu)才是即經(jīng)濟(jì)又合理的。

　　2.2、結(jié)構(gòu)布置

　　(1)結(jié)構(gòu)平面布置

　　結(jié)構(gòu)平面布置及柱網(wǎng)的布置要按照建筑要求。剪力墻的布置在設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)多次調(diào)整,一方面由于建筑使用功能的要求:地下室為地下車庫(kù)，地上1至2層為商場(chǎng)，上部為公寓。另一方面剪力墻的布置要滿足使用和計(jì)算要求。剪力墻數(shù)量的合理使用也是控制工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理的重要因素。

　　框剪結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系，抗震設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)在多個(gè)方向布置抗側(cè)力構(gòu)件,才能抵抗水平荷載,保證結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向具有足夠的剛度和承載力。當(dāng)平面為正交時(shí),則應(yīng)在平面兩個(gè)主軸方向布置抗側(cè)力構(gòu)件,形成雙向抗側(cè)力體系。根據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)平面特點(diǎn):剪力墻均勻布置在建筑物的周邊附近,使它充分發(fā)揮抗扭作用,在樓電梯間及恒載較大的部位設(shè)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(zhǎng)時(shí)宜開(kāi)洞(如電梯間處剪力墻)。該工程縱向較長(zhǎng),縱向剪力墻按縱向分布設(shè)置,避免集中設(shè)置在房屋的端開(kāi)間。剪力墻的數(shù)量應(yīng)適量,過(guò)多會(huì)使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度過(guò)大,加大地震作用,增大地震效應(yīng)。同時(shí)造成工程造價(jià)偏高浪費(fèi)。

　　(2)結(jié)構(gòu)豎向布置

　　該工程下部?jī)蓪訛槿狗?形成大底盤(pán)單塔結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)布置上應(yīng)符合簡(jiǎn)單、規(guī)則、減少偏心的要求。塔樓結(jié)構(gòu)與底盤(pán)結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離不宜大于底盤(pán)相應(yīng)邊長(zhǎng)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(jié)構(gòu)布置時(shí),為實(shí)現(xiàn)下剛上柔、逐步均勻變化的原則,盡量減少薄弱層,可通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度或截面尺寸,降低連梁高度等。通過(guò)調(diào)整后,結(jié)構(gòu)豎向布置滿足要求。

　　2.3、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

　　鋼筋混凝土高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析之前,必須首先確定上部結(jié)構(gòu)嵌固端所在的位置。它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)的符合程度,構(gòu)件內(nèi)力及結(jié)構(gòu)側(cè)移等計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。該工程為帶兩層地下室結(jié)構(gòu),且范圍比主體結(jié)構(gòu)大很多,在確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí),將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),要使地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的兩倍。在計(jì)算側(cè)向剛度時(shí),該工程根據(jù)實(shí)際情況沒(méi)有考慮地下室外墻參與的作用。其他要求均應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。

　　2.4、計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)選取

　　該工程采用的計(jì)算方法為振型分解反應(yīng)譜法,計(jì)算軟件為PKPM系列SATWE軟件計(jì)算。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中根據(jù)抗震設(shè)防烈度,除在結(jié)構(gòu)兩個(gè)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(zhuǎn)影響,同時(shí)考慮在偶然偏心影響下的作用。各計(jì)算參數(shù)的取值均按規(guī)范要求。如周期折減系數(shù)0.75，柱配筋計(jì)算原則按單偏壓計(jì)算雙偏壓復(fù)核，中梁剛度增大系數(shù)2.00，連梁剛度折減系數(shù)0.7，梁扭矩折減系數(shù)0.4，考慮0.2Qo調(diào)整。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中通過(guò)調(diào)整各構(gòu)件尺寸和剪力墻截面,使其滿足規(guī)范的要求。例如:該工程在計(jì)算中橫向中間跨梁出現(xiàn)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(guò)不斷的調(diào)整該梁的截面及其他構(gòu)件,最后通過(guò)加大該部分梁的截面寬度,其他部分作相應(yīng)的調(diào)整,最后滿足要求。

　　2.5、剪力墻連梁的設(shè)計(jì)

　　在框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剪力墻連梁的設(shè)計(jì)成為一個(gè)難點(diǎn)。高層建筑在水平力作用下,連梁的內(nèi)力往往很大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取降低連梁內(nèi)力的各種措施:加大剪力墻的洞口高度，在連梁中部設(shè)水平縫，對(duì)連梁內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整，對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減等。該工程采用調(diào)整洞口尺寸及對(duì)連梁內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)中如采取加大剪力墻洞口尺寸,從而減少連梁內(nèi)力的方法在解決連梁的問(wèn)題上非常有效。另外,當(dāng)連梁高度小于300mm時(shí),SATWE在計(jì)算內(nèi)力時(shí)將忽略該梁的存在,亦不計(jì)算配筋,因此對(duì)某些連梁超筋的情況,當(dāng)其破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響時(shí),可考慮在大震作用下該連梁不參與工作,按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)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(xiàn)),超筋較多。類似這種情況,可以調(diào)整連梁截面尺寸，與連梁相連的剪力墻開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)洞，也可將連梁與剪力墻相連的一端設(shè)計(jì)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(dāng)梁的跨度較大時(shí),應(yīng)驗(yàn)算梁的撓度和裂縫寬度。

　　2.6應(yīng)注意的問(wèn)題及采取的措施

　　(1)結(jié)構(gòu)平面形狀宜符合規(guī)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(qiáng)，沿豎向剛度均勻變化,剪力墻截面沿高度方向的厚度應(yīng)從下至上逐漸減小。

　　(2)剪力墻的布置應(yīng)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(shè)置宜于附近的框架或剪力墻相結(jié)合,形成連續(xù)完整的抗側(cè)力體系。

　　(3)剪力墻開(kāi)洞時(shí),洞口宜上下對(duì)齊。

　　(4)計(jì)算參數(shù)取值要合理,對(duì)于計(jì)算結(jié)果要加以分析,確認(rèn)其合理后,方可用于工程設(shè)計(jì)。

　　(5)計(jì)算結(jié)果應(yīng)在規(guī)范或規(guī)程允許范圍內(nèi)。

　　3、總結(jié)

　　本文通過(guò)工程實(shí)例介紹了高層建筑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題及采用的具體方法，對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、計(jì)算參數(shù)的取值、連梁的設(shè)計(jì)及需要注意的問(wèn)題幾個(gè)方面作了詳盡的描述，本工程的計(jì)算結(jié)果是可信的，合理的，結(jié)構(gòu)方案是安全可靠的，希望可以作為以后設(shè)計(jì)工作的參考。