对高层建筑框架剪力墙结构设计中一些问题的思索

闫红玉 YAN Hong-yu

（江苏省苏中建设集团股份有限公司上海建筑设计分公司，上海 200072）

摘要： 根据剪力墙的肢强系数和整体系数对剪力墙进行分类，并且对各种剪力墙的类型的连梁和墙肢的相对强弱关系进行阐述，而剪力墙的数量和结构都要合理的布置，利用简单的计算原理，结合剪力墙和框架的相关关系，建立安全、经济、合理科学的设计。本文主要针对高层建筑框架剪力墙结构设计中一些问题进行探索。

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关键词 ： 框架剪力墙；高层结构；设计

中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0107-02

作者简介：闫红玉（1980-），男，江苏淮安人，中级职称，工学学士，研究方向为结构设计。

0 引言

随着社会的进步和经济的发展，土地使用紧张，高层建筑越来越受到投资商的青睐。而剪力墙结构不仅其空间整体性好、结构刚度大，受到水平作用下变形小。还因为其能够避免非结构构件和设备管道被破坏等优点被广泛的应用到高层结构中。但是在现实的结构设计过程中，我们不可能做到完美，下面就针对实际工程设计中遇到的一些问题进行思索。

1 剪力墙的分类以及受力特点

剪力墙可以分为整截面墙、整体小开口墙，联肢墙、独立悬臂墙以及壁式框架墙这五类，这是根据剪力墙墙上开洞的大小以及数量和位置的不同划分的，当然在理论上也是可以通过墙肢与组合截面惯性矩比In/I、剪力墙整体系数以及肢强系数ξ来判断。连梁与墙肢抗弯系数刚度越大， 表明肢越弱梁就越强，剪力墙的整体性就越好，这是整体系数a的物理意义。但是梁强肢弱这也是分为两种情况的，一种是墙肢为弱的，但是梁比肢强这就是真正的弱肢强梁；第二种是墙肢强但是梁更强。因此，我们需要要用肢强系数同时结合截面惯性矩比In/I来判断墙肢的强弱。

整截面墙或整体小开口墙需要满足的条件是a≥10，In/I≤ ξ ；壁式框架是需要满足a≥10，但是也要满足a≥ξ；联肢墙则是满足In/I≤ξ但a＜10；当是独立悬臂梁是a＜1。当然这几种剪力墙在水平荷载下受力情况是不相同的。

整截面墙或者是整体小开口墙整体性较好，它们的受力在一定程度上是相似的，变形曲线都是弯曲性的，主要不同是整体截面墙是不开洞的，体现在弯矩是有突变的，但是几乎没有反弯点，两者的共同点是墙连梁对墙肢的约束作用是极强的。

2 高层建筑框架-剪力墙受力特点

2.1 受力特点 框架-剪力墙并不同于纯框架墙的受力特点，在框架结构受力过程中剪力墙的受力要比框架墙大得多。而且框架和剪力墙的负载是不断的在移动的，这就需要注意在计算框架和剪力墙之间的分配比例，框架剪力墙结构中楼层分配比例会随着框架剪力结构楼层的变化而不断变化通常情况下，框架剪力墙结构中，房屋高度的中上部一般是剪力控制的部位。但是纯框架结构中，这个部位在底部。所以，在高层建筑中，实际布局中如果有剪力墙的情况下，设计分析时就要考虑剪力的部位，并且考虑框架、剪力墙的多种性能特点。

2.2 剪力墙的计算方式 高层建筑的框架剪力墙结构中，剪力墙承受的竖向荷载基本都是通过楼面传递到剪力墙的。此荷载在墙之内和连梁内产生的轴力不同，一般都按照受荷剪力墙的面积来进行计算。而在水平作用下，我们通常是用二维平面分析剪力墙受力问题。同时运用平面问题求解， 利用有限元方法并结合计算机进行计算。在实际工程中，应该根据具体情况来分别进行设计。

3 高层建筑框架剪力墙结构设计

3.1 计算中注意的事项 在水平力的推动下，在进行框架剪力墙结构设计时，框架结构的设计方法和适用高度必须要结合整个高层建筑底层框架所能承受的结构总地震倾覆力矩和地震倾覆力矩之间的比值进行计算。这个结构模型和分析都应该按照真实情况输入分析。

3.2 合力调整0.2Vo系数 通常情况下，在框架剪力墙结构中，框架承受的剪力是很小的，但是在此机构中，防线设计比较多。其中剪力墙作为第一道防线，框架作为第二道防线要求第二道防线的框架有一定的储备能力。这就要求在设计中要计算出柱子的剪力有多大。

3.3 剪力墙截面高度 根据了解，剪力墙越厚，相应的框架的负担就会越重。所以剪力墙截面的厚度就要尽量减少，否则，就会有相应的抗侧力刚度来分担他的重量。而如果剪力墙截面厚度增大，但是框架部分的抗侧刚度没有相应的增加。增大的重量就必须由框架单独承担。这种情况就会影响到工程的抗震能力。

3.4 注意楼面梁平面的设计 在整个框架剪力墙设计中，楼面梁平面是与剪力墙相互联系的。这一点设计优势在于，抗震墙不能在梁轴线防线。这个时候就需要设暗柱和辅助组来支撑梁的位置，这一过程需要经过精密的计算来确定尺寸。

3.5 框架剪力墙结构的连梁截面要有一定的承载力 抗震防线中的先锋是剪力墙。但是连梁跨高比太大的话，就很容易形成弱连梁，抗震效果极差，连梁的端处容易发生开裂现象。这就会大大削弱了剪力墙的抗震能力。因此，在整个设计过程中，要合理控制剪力墙的洞口连梁跨高比，且梁截面高度最好高于400mm。整个连梁的设计，不能用剪力墙平面外相连的梁与框架柱，并且设计剪力墙相交的支座要按照铰接。连梁跨高比小于5的，要保证其刚度折减系数不小于0.5。

4 框架剪力墙结构中剪力墙的布置和数量

4.1 剪力墙的布置 分散、均与、周边、对称，这是剪力墙平面布置的一般原则。分散的原则就是剪力墙片数不应太少，且每片剪力墙的高度不能太大，连续尺寸不能太长，这样分散一些每片剪力墙的弯曲刚度正好适中。在使用过程中也能保证个别墙的受力不会太集中，整体性好。周边的原则就是，保证整个平面中心与刚度中心相互吻合，保证建筑物抗扭转的能力，剪力墙布置在周边对称位置，保证剪力墙面积不变的情况下，增加了内力臂，提高了抗扭转的能力。

4.2 确定剪力墙的厚度 边框梁和边框柱，这是框架剪力墙结构中剪力墙的约束构件。在有关规范中规定，带边框剪力墙的厚度为：①1、2级剪力墙的底部，加强部分的厚度不应该小于200mm，且也不应该小于层高的十六分之一；②除此之外，其他情况不应该小于160mm，而且不应该小于层高二十分之一。鉴于此，可以剪力墙的厚度应该在层高的十六分之一或者二十分之一的前提下，200mm是最好的。

4.3 剪力墙合理数量的确定 许可位移决定剪力墙的合理数量。框架剪力墙结构的顶点位移与高之比 u /H 不宜大于 1 /700 ，装修时则要求是 u /H 不宜超过 1 /850，要在满足这个硬性条件下，尽量减小剪力墙的数量。

想提高框架剪力墙的刚度，相应的就必须增加剪力墙的数量，地震力大，地震的周期短这就意味着材料的耗费也就会相应的增加，在这一方面，日本就要相关的调查数据能够证明，而在此方面国内并不是很成熟，设计过程中没有实例用于借鉴，可以根据实际情况、地区设防烈度、建筑物的高度以及上述内容作为参考。

除了上述的剪力墙的分类以及受力特点、高层建筑框架-剪力墙受力特点、高层建筑框架剪力墙结构设计、框架剪力墙结构中剪力墙的布置和数量等，剪力墙肢截面断肢的分类也是需要考虑的。

5 结合案例分析

5.1 工程概况 金虹桥国际中心项目位于上海市长宁区茅台路以南，娄山关路以西、古北路以东，娄山关路455弄以北，其中地上建筑面积141976平方米。工程采用框架剪力墙结构。

5.2 剪力墙受力计算模型 在结构设计的初始阶段，常常面临如何经济、合理地确定剪力墙数，使之满足位移要求并减少大量重复工作的问题。当不考虑连梁对剪力墙的转动约束作用时，框架-剪力墙结构可以简化为框架c 剪力墙铰接体系，如图1所示。

框架- 剪力墙铰接体系的变性协调微分方程为：

d4y/dx4-Cfd2y/EwLwdx2=P（x）/EwLw（1）

式中：y———框架-剪力墙的侧向位移；

x———框架-剪力墙距底部的距离；

Cf———框架的抗侧刚度；

EwLw———剪力墙的抗侧刚度；

P（x）———水平荷载。

为了推导公式的方便，设：λ=H/（2）

λ：称为结构刚度特征值，是与剪力墙和框架的刚度有关的参数。

在倒三角形荷载下，求解方程式（1），可得到y（x）的表达式，当x=H 时，设此时的y（H）为Δ，可整理得到：

120ΔCf/11qH2=Aλ2 （3）

利用计算机程序可求解得：

（4）

若已知框架的抗侧刚度，并根据设计规程确定Δ/H，则根据式（2）和式（4）可以得到满足位移要求的剪墙刚度，进而确定所需要的剪力墙数目。

5.3 剪力墙受力效果 通过鲁班BIX的技术独立模型、碰撞检测、协调沟通、三维技术交底，运用上述公式（2）和公式（4）通过计算发现该项目剪力墙受力结构合理，剪力墙的肢强系数和整体系数也能满足支撑要求，使该工程建设达到了安全、经济、合理的施工要求。

6 结束语

从上面内容综合可以看出来，高层建筑工程的结构设计的好坏关系着整个建筑的安全、质量，这是建筑工程的重点。由于框架剪力墙的众多优点，在高层建筑结构设计时框架剪力墙是首选的结构，但是他的设计过程必须经过合理的判断以及精密的计算，同时在设计过程中还要考虑到整个框架剪力墙结构的抗震能力以及受力情况，并且尽量提高框架剪力墙的抗震能力。

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参考文献：

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[3]徐峥波.关于高层建筑中框架剪力墙设计的探讨[J]．东方企业文化，2011（11）．

[4]孙艳.对高层建筑结构框架剪力墙设计的设计问题[J]．科技创新与应用，2013（11）．