高层建筑工程的框支剪力墙结构设计研究

高层建筑工程的框支剪力墙结构设计研究

谷岚

西安市住宅建筑设计研究院710001

摘要本文从高层建筑的介绍入手，详细介绍了转换层在高层建筑设计中的应用，提出了框支剪力墙结构设计的研究，为高层建筑设计的发展提供理论参考。

关键词高层建筑框支剪力墙结构设计

每个繁华的都市似乎都有高层建筑的身影，有的塔钟相接，有的伴鸟齐飞，有的耸入云端，有如音频欢唱。层层叠叠百余计，攀登一个个建筑设计的高峰，也让家有了空间感。高层建筑的闪光点已不仅仅局限在高上，更多的多元化格局设计和办公机体结合让高层建筑的综合性更强。然而当前高层建筑设计所面临的新问题也日益突出，怎样将高层建筑的技术性、经济性和可适性结合起来，打破高层建筑的建筑误区，成为当前建筑工程设计关注的焦点，因此，本文提出高层建筑工程的框支剪力墙结构设计研究有一定的积极意义。

一、高层建筑的简介

我国将楼层数在10层以上的建筑定位为高层建筑，高层建筑不仅对高度有要求，具体结构也与基础楼层有很大差别，由于高层建筑整体的重质比较大，对楼体地基的结构和强度的要求更高，而且楼内的结构设计和防火安全设施也较其他类建筑级别高。高层建筑是建筑发展的一个里程碑标志，而当这一标志面临新时期建筑性能需求时，也需要更多的结构设计改革。当前高层建筑材料已由重转轻，各种高新技术复合材料的发展，给高层建筑用材提供了新方向，未来的高层建筑将以怎样的姿态出现在建筑舞台上我们拭目以待。

二、转换层在高层建筑工程中的应用

出于多功能和综合应用的考量，一般会在中上层设计小开间，在高层建筑的下层部分进行大开间的设计；而从结构布置角度考虑，则是相反的思路。高层建筑的功能需求变化，需要将常规设计反置，这便是转换层的形式。通过将低强度的框架主体布设到楼层底层，高强度的剪力墙布设在高层，并在转换处拼接转换构件，将两者衔接起来，通过互动的内力传送，来实现转换功能，这段衔接体就是转换层。转换层将上部剪力墙转换为下部建筑的框架，为建筑的底部创造出一个较大的内部自由空间。

在高层建筑设计中转换层所在的位置很大程度上决定了高层建筑的抗震能力，一般会喜低不喜高。在实际的应用中也进一步证实，转换层位置过高，会造成框支的剪力墙在转换层周围的内力传送线路突变，随之发生的还有刚度的巨变。而且筒体和落地的剪力墙很容易形变和裂纹，进而引起框支柱体内力增加，随转换层的上部墙体产生破坏作用，降低抗震效果。在现行的国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：9度区不应采用；7度，8度地区可以采用，但限制大空间部分框支剪力墙结构转换层不宜超过3层，7度区不宜超过第5层；6度区其层数可适当增加，但不可过高。在必须采用高位转换的情况下，应严格控制转换层以下框支结构的等效刚度，即必须考虑剪切、弯曲和轴向变形的综合刚度。

三、框支剪力墙结构的设计探究

框支剪力墙的结构要追溯到五、六十年代由苏联和东欧的一些学者提出的下层为框架、上层为剪力墙的结构体系。该体系结构的设计中强调部分剪力墙不能直接与地面接触，而需框架梁承接，通过框架梁将上层载荷力传递到框架柱上，而起到承接作用的梁称为框架梁，支撑柱称为框架柱。框架梁上的墙称为框支剪力墙。由于这个设计结构具有较好的使用功能，如今已应用到包含转换层的高层设计中，在工程实践和研究的摸索中不断发展，已有了较完备的设计及施工工艺。框支剪力墙的设计探究可以从以下几个方面进行：

1、结构设计的要求

（1）竖向结构的布置。由于竖向受力构件之间的转换容易造成高层建筑竖向刚度的突变，若受到地震作用，此处则成为抗震的薄弱环节，所以《高层建筑混凝土结构技术规程》中对框支剪力墙转换层的上下结构的等效刚度比有着严格的限制。在竖向结构布置中，应保证底部大空间具备合适的刚度、延性以及强度。

（2）平而结构的布置。平而结构应具有良好的整体性，遵循简单、规则并做到均匀对称。对于一些超长、超宽或者其他不规则平而结构一般要设置温度伸缩缝，不但可以具有整体性，还能兼作抗震缝。

（3）转换层构件布置。转换层既是上层结构的基础，又是下后结构的封顶，起到承上启下的作用。转换层的存在使得上下传力构件无法直接、连续的进行传递，所以在转换层上部的竖向抗侧力构件应直接落在转换层的主结构上，从而使水平转换结构传力直接，避免出现多级复杂转换。由于框支主梁受到的作用力十分复杂，因此在设计时必须进行应力分析实验，并按应力校核结果配备加强筋构造。

2、结构设计的要点以及计算分析

框支剪力墙结构是一种十分复杂的空间受力体系，极易形成各种薄弱部位，所以应使用合适的三维模型分析软件进行整体构造的详细分析。建立完成三维模型后，需要使用有限元分析软件对其进行有限元法的分析计算。分析结束后还要加以进行弹性时程分析法进行整体结构的补充计算。

四、抗震性能的探究

由于框支剪力墙结构在受力方而的复杂性，使得抗震能力不甚理想，特别是在转换层下部以及相邻的楼层更容易受到破坏，所以对抗震性能的研究也而临着前所未有的挑战。将结构设计完毕后，根据不同的建筑施工工况进行多次抗震作用效应分析，对出现的抗震设计

缺陷进行改进和完善，确保框支剪力墙结构在高层建筑中抗震系数满足各项要求。

框支剪力墙在高层建筑设计中的应用不断扩大，所取得的效果也进一步证明了框支剪力墙结构设计的优越性。然而当面对地质条件复杂，受力特性差异性较大的高层建筑，抗震性的提升还有很大空间。因此，不仅要在转换层构造设计上下功夫，还要在本文提高的结构设计要求的基础上，做进一步的推敲，尤其要丰富抗震的方法，在转换层附近适当提高其构造等级要求，增强整体抗震能力，使得框支剪力墙结构更好地应用到高层建筑中。

参考文献

[1]王想花.高层建筑工程的框支剪力墙结构设计探究[J].建筑设计规划与设计,2013(2):39-40.

[2]金地.名郡A、B塔楼超限高层建筑工程结构超限论证报告[R]中建国际(深圳)设计顾问有限公司,2010.