高层住宅框支剪力墙建筑结构设计探究

高层住宅框支剪力墙建筑结构设计探究

【摘要】在高层住宅结构设计中，框支剪力墙结构设计得到了很大的应用，目前，随着建筑形状的不断改变，人们对建筑的需求也发生了极大地改变，为了更好的进行建筑的设计，设计人员要不断进行创新，在建筑结构设计方面不断使用新的技术，这样能更好的发展建筑行业。本文探究了高层住宅框支剪力墙建筑结构的相关设计。

【关键词】建筑结构框支剪力墙建筑结构设计

一、什么叫框支剪力墙。

框支剪力墙是框架支撑的剪力墙结构，由于使用功能要求或施工要求不能直接将剪力墙落在基础上，而是将剪力墙落在下部的框架横梁上，然后负载由框架梁传至框架柱上，下部的框架横梁就叫框支梁，柱叫框支柱，这种结构形式就叫框支剪力墙结构。

二、框支剪力墙结构应用的优点及设计中注意的事项。

1、在建筑结构设计中应用剪力墙结构设计，这是因为剪力墙在使用的时候表现出了良好的使用效果。框支剪力墙结构布置方式灵活，多用于上部为住宅，下部需要大空间的商场及地下车库的业态，这种结构体系布置不太规则，构件形式较多，框支柱的数量一般为6～8个，最多不超过10个。剪力墙在建筑结构中抗侧刚度非常好，而且在承受压力以后不会出现较大的侧移。在使用的时候，剪力墙使得室内的墙面非常的平整，住户在使用的时候会更加的满意。剪力墙在进行分类的时候，主要是根据剪力墙的开洞大小来进行的，同时和开洞的尺寸大小也是有很大关系的，可以将剪力墙分为整体上小开口的剪力墙、实体墙、壁式框架和多肢剪力墙。整体上小开口的剪力墙是指开洞面积较小的剪力墙，这种剪力墙在受力方面表现出来的特点就是在墙的连接位置不会出现过大的突变。实体墙就是没有开洞的墙，这种墙在受力的时候，不会出现突变，也不会出现反弯点的情况。壁式框架是指墙的开洞尺寸较大，在受力的时候非常容易出现突变的情况，在很多的楼层中还有可能会出现反弯点的情况。

2、在进行剪力墙设计的时候，一定要沿着主轴方向进行双向或者是多向的布置，不同方向的剪力墙可以尽量连接在一起，这样可以更好的确保剪力墙的使用效果。在进行设计的时候，还要尽量避免让剪力墙直接对直。剪力墙在抗震设计的时候，要保证两个方向的剪力墙可以在刚度上相互接近，同时要保证剪力墙尽量简易。高层建筑设计的时候，剪力墙要避免出现单向的设计模式，这样在发生地震的时候，剪力墙的抗震效果才能更好的发挥。

三、建筑结构方案及布置。

1、竖向承重及抗侧力构件的概念设计。加强下部框剪结构，弱化上部剪力

墙结构，当转换层位置较高时，根据规范附录E要求应控制转换层下部框剪结构的等效刚度(即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度)。结构动力时程分析表明，随着转换层位置上移，下部框剪结构等效刚度相对减小，结构会在转换层以下发生明显的位移突变。从理论上讲，如果底部框剪结构的等效刚度与同样高度剪力墙结构(平面布置与上部剪力墙结构相同)的等效刚度相等，则上下两种结构体系的变形特征相近，结构在转换层以下不会发生刚度突变。同时，尽量弱化上部标准层剪力墙结构，即尽量减小上部刚度，使上下刚度相匹配，避免转换层以下出现薄弱层。根据高层规程公式计算，该工程转换层上下部主体结构总剪切刚度之比，东西方向x=1.45，南北方向x=1.25，满足高层规程12、楼面水平结构的设计。住宅标准层采用现浇肋梁楼盖。周边剪力墙连梁断面均为200mmx600mm；现浇板厚大部分为100mm；楼面梁断面最大尺寸为200mmx600mm。底部大空间层亦采用现浇梁板体系，除转换层板厚200mm，一层楼板厚120mm外，其余各层楼板均为100mm厚。为加强转换层以下结构刚度，除设置落地墙筒外，各层框架主梁断面和配筋也应适当加强。

3．几个构造问题。(1)梁底加构造楼板使结构抗震性能得以保证，但给施工带来一定难度。可在箱形转换层每方格的下层板中央留直径800圆洞作为拆模施工洞。洞周边设封闭圆弧暗梁，其断面200mmx200mm，上下各2φ22钢筋焊接连接，箍筋φ10@100通长布置。由于箱形转换层无法一次浇筑完成，必须留施工缝。为保证转换大梁的工作可靠性，施工缝留在梁高中部，并在施工缝处增设抗剪插筋。(2)转换大梁主筋及腰筋都有可能承担很大的拉力或压力，纵向钢筋原则上不允许有接头。框支柱主筋锚入转换梁以上剪力墙内或转换层楼板中。柱纵筋均采用机构连接。

四、结构计算和分析。

1、结构整体分析采用TAT软件并用SATWE软件进行复核，一般工程可分别按平动(六振型)和考虑扭转藕联振动(十五个振型)进行计算。TAT采用三维薄壁杆件模型，SATWE采用三维壳元有限元模型。实际工程施工中转换梁严格来讲应按工字型截面考虑， 但为便于建模及有限元分析，仍按矩形截面bxh输入，未计入上下翼缘的作用。这样处理是偏安全的。

2、考虑到结构竖向刚度有突变，根据工程主体结构的高度，采用STAWE软件做弹性时程分析。可以根据工程场地类别，选用合适的方法，例如如果选用TAF-2和LAN1-2波，地面运动最大加速度35cm/s2，相应于第1、第3周期的阻尼比取为0.05S，计算曲线反映出框支剪力墙结构的变形曲线是典型的弯曲形，但在转换层附近稍有突变。楼层最大反力集中在转换层附近，这表明转换层刚度巨大，应力集中，是抗震薄弱环节。楼层剪力曲线在转换层发生突变，转换层楼板将承担很大变形。时程分析表明，输入TAFT波(TAF-2)的振动反应，大于按薄壁杆件模型不考虑藕联的拟静力振动反应结果；而输入人工波LAN1-2(包括LAN2-2，LAN3-2)除转换层以下稍大外，均小于拟静力振动反应。弹性计算结果能暴露出结构容易产生薄弱的部位，为概念设计及确定重点加强层提供了一定的理论依据。

3、转换层采用与STAWE配套的FEQ软件进行了有限元分析，计算模型取地下室至转换层以上三层。通过大量计算与SATWE整体分析结果进行对比发现，转换梁与上部剪力墙之间存在有共同工作、部分共同工作及无共同作用三种情况。当转换梁上为满跨剪力墙时，有限元分析得到的梁支座和跨中弯矩值都只有薄壁杆件整体计算结果的10%~20%，梁支座剪力前者远小于后者，显然梁和墙共同工作，转换梁符合偏拉构件模式。当转换梁跨中仅立有儿个小墙肢时，相当于梁抬柱，有限元与整体分析的结果接近，一般后者偏大些，显然转换梁与剪力墙没有共同工作。有限元分析表明，梁中仍有轴力存在，不容忽视。当转换梁上作用非满跨剪力墙时，受力状态比较复杂，对比分析表明，梁和墙部分共同工作。设计配筋时建议应比较有限元分析结果和整体分析结果，偏安全地取较大值。所以对框支梁不能一概认为是托梁与墙共同工作的偏拉构件。转换层之上的两层剪力墙，由于结构刚度突变，引起内力集中，墙肢和连梁配筋以SATWE及FEQ有限元分析的较大值做为依据，适当放大加强。其中剪力墙竖向钢筋配筋率不小于0.5%，水平抗剪分布筋配筋率0.4%。

五、几点设计体会。

1、概念设计是复杂体系高层建筑结构设计的关键。在结构方案设计阶段，应对结构体系的特点有清醒的认识，有针对性地对结构薄弱层、薄弱部位及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握。然后借助于工程设计软件进行正确建模，多方案对比试算，最后制定完善的结构方案。

2、框支剪力墙结构是抗震不利的结构体系。设计重点应放在转换层。当转换层位置较高时应加强底部框支层的等效刚度，防止底部位移突变。

3、转换梁的受力状态与上部墙体分布形式及梁支座约束情况有关。当转换梁与上部剪力墙共同工作且支座约束较强时，梁为偏心受拉构件；对于梁抬柱或梁抬小墙肢情况，转换梁可以为全跨偏心受压。

结语：综上所述，剪力墙在进行设计的时候，要进行设计方面的计算，在竖向和水平力的作用下，要对结构进行整体的分析，保证设计出来的墙体在受力的时候也可以保证能够承受荷载。剪力墙在进行计算的时候，还要对宽度和剪力墙之间的距离进行充分的分析，这样才能更好的确保建筑物的使用效果。

参考文献

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[2] 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ3-91)规划与设计.

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[4]刘庆.高层建筑剪力墙结构设计[J].科技资讯，2011，(31):82-82.