谈谈结构设计高层建筑框架剪力墙结构设计运用初探征文

论文导读：实践发现,框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大,水平位移值也较大。因此,在框剪结构设计中,竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致,使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平
[摘要]：合理的搞好框架- 剪力墙结构的设计，将直接影响到建筑物的安全使用与技术经济指标的高低。加强高层建筑框架剪力墙结构设计应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对高层建筑框架剪力墙结构设计应用进行了研究，具有重要的参考意义。
[关键词]：框架剪力墙 设计 应用
前言
在框架剪力墙高层建筑结构优化设计中，应当分析框架-剪力墙结构的水平作用效应、结构的受力特性，合理确。定剪力墙用量，以提高结构设计的科学性、经济性。在具体的结构设计中，需要确定合理的剪力墙刚度，剪力墙刚度对结构的工程造价和安全性有着直接的影响。

一、框架剪力墙结构设计受力特点

由梁柱线性杆件组成的框架其受力特点如竖向悬臂剪切梁, 剪力墙是竖向悬竹弯曲结构，框架和剪力墙二者通过楼扳连接在一起, 在下部楼层, 因为剪力墙位移小。它拉着框架变形. 使剪力墙承担了大部分剪力; 上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大, 而框架的变形反而小。框架除承担水平力作用下的那部分剪力外, 还要负担拉回剪力墙的附加剪力，框架与剪力墙相互作用. 共同工作。
从受力特点看, 由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多, 使框剪结构在水平力作用下所分配的楼层剪力. 剪力墙分配到的剪力远大于框架，这使得各层梁柱的弯矩比较接近, 按框剪结构协同工作计算内力, 有利于减小梁柱规格. 便于施工抗震设计时, 两种结构形式可以组成抗震的两道防线。

二、框架剪力墙结构的水平作用效应问题

在高层建筑结构设计中, 随着建筑物高度的增加, 竖向荷载的作用逐渐退居次要地位, 而水平荷载作用则上升为主要的控制地位。工程实践发现, 框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大, 水平位移值也较大。因此, 在框剪结构设计中, 竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致, 使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平力, 从受力的角度分析, 若忽略了竖向荷载所引起的框架与剪力墙间的水平力变化,对剪力墙来说是偏于安全的, 而对于框架来说是偏于不安全的。结构计算时, 不同的加载模式对结构内力有一定的影响。因此, 设计时应根据加载情况对构件截面及内力予以调整。

三、剪力墙数量的影响因素

在框架剪力墙高程建筑结构设计中，影响剪力墙数量的因素较多，例如框架-剪力墙结构的平面布置、结构自振周期、结构地震力大小、框架刚度等。首先，框架-剪力墙结构的平面布置。在框架-剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件，通常可以按照对称、均匀、周边、分散的原则进行布置。其次，结构自振周期。随着剪力墙刚度的不断增大，结构自振周期逐渐变短。第三，结构地震力大小。随着剪力墙刚度的不断增大，结构总水平地震作用逐渐增大。通常，对于结构布置、截面尺寸都较为正常的结构，结构底部剪力在下述范围内：Fek≈(0.015-0.03)G（7度Ⅱ类场地土）；Fek≈(0.03-0.06)G（7度Ⅱ类场地土）,其中G是结构总重量，Fek是结构底部地震剪力值。如果结构底部剪力小于地震剪力标准值时，就应当适量增加剪力墙，以确保有足够的结构刚度，加大地震力确保建筑安全可靠。如果结构底部剪力过大，就应当适量减少剪力墙，确保框架剪力墙高层建筑结构的经济性。最后是框架刚度，在框架-剪力墙高层建筑结构中，通过平面内刚度大的楼盖，框架与剪力墙协同作用。在水平力作用下，楼盖会发生一定的变形，从而使得较小刚度的框架将负荷较大的实际水平力。在框架剪力墙结构中框架是抵抗地震力的有效防线，因此在设计中必须提高框架的地震力。通常，在地震力作用下，框架剪力需要满足下列公式的要求。Vf≥0.2V0；Vf≥1.5Vfmax,其中Vfmax是框架柱的最大楼层剪力，V0是结构的底部剪力，Vf是全部框架柱的剪力之和。如果Vf＞0.4V0，就表明有着过大的框架抗剪刚度，应当减少框架梁柱的截面；如果Vf＜0.2V0，就表明框架抗剪刚度不够，需要增加框架梁柱的截面。

四、剪力墙的布置

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墙的平面布置一般原则是均匀、分散、对称、周边。分论文导读：
散原则是要求剪力墙片数不要太少, 而且每片剪力墙刚度不要太大, 连续尺寸不要太长, 使抗侧力构件数量多一些, 分散一些, 每片剪力墙的弯曲刚度适中, 在使用中不会因为个别墙的局部破坏而影响整体的抗侧力性能, 也不会使个别墙的受力太集中, 负担过重而引起过早地被破坏, 刚度过大的墙承担的内力也大, 相应的基础处理难度增加, 同时也考虑到剪力墙相距太远, 楼面刚度要求大, 很难满足要求, 周边的原则是考虑建筑物抵抗扭转能力, 便于保证刚度中心与平面中心相吻合; 剪力墙布置在周边对称位置, 增加抵抗扭转的内力臂, 在不增加剪力墙面积的情况下, 提高抗扭转能力。剪力墙布置的位置应设在平面形状变化处, 平面形状变化处;角隅、端角、凹角部位往往是应力集中处, 设置剪力墙给予加强是很有必要的, 在高层建筑的楼梯间, 电梯间, 管道井处, 楼面开洞严重地削弱楼板刚度, 对保证框架与剪力墙协同工作极为不利。因此, 在工程设计中用钢筋混凝土剪力墙来加强这些薄弱端部, 如楼梯间和电梯井道处, 竖向管道井等是十分有效的。对于剪力墙的间距,原则是建筑物愈高,抗震设防烈度愈高取值愈小。

五、应注意的问题及采取的措施

结构平面形状宜符合规则性要求, 避免较大凹凸, 如存在较大凹凸, 在其端部附近布置剪力墙予以加强; 沿竖向刚度均匀变化, 剪力墙截面沿高度方向的厚度应从下至上逐渐减小。剪力墙的布置应在建筑物的周边附近, 两主轴方向均匀布置剪力墙, 楼电梯间等竖井的设置宜于附近的框架或剪力墙相结合, 形成连续完整的抗侧力体系。剪力墙开洞时, 洞口宜上下对齐,避免错开。计算参数取值要合理, 对于计算结果。要加以分析判断, 确认其合理、有效后, 方可用于工程设计。计算结果应在规范或规程允许范围内。在结构设计中, 对结构的薄弱部位, 如大洞口周边及楼电梯间部位采取必要的构造措施予以加强。
总之，合理的搞好框架- 剪力墙结构的设计，将直接影响到建筑物的安全使用与技术经济指标的高低。在结构设计初步阶段，剪力墙数目的合理确定，不但可以减少大量重复工作的问题，还可以达到经济的目标。由于框架- 剪力墙结构在地震作用下属于复杂的空间反应，因此有必要采用较为精确的拟三维非线性地震反应分析和完全三维非线性地震反应分析。考虑到完全三维非线性地震反应分析计算的复杂性及模型的有待进一步研究验证，本文建议采用较为简便但足够精确的基于自平衡力的框架剪力墙拟三维非线性地震反应分析。
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