高层建筑框剪结构设计优化

高层建筑框剪结构设计优化 刘剑 汉中天宇工程咨询设计有限公司 陕西省 汉中 723000

[摘要]：现如今，随着我国经济的快速发展，框架剪力墙结构是建筑工程中常见的结构形式，常用于抗震建筑、高层建筑中，如办公建筑、高层住宅建筑等。在框架剪力墙建筑中，由框架梁、剪力墙组成结构支撑体系，框架梁结构厚度较大，局部存在露柱、露梁等问题，即房间内局部梁、柱凸出，该问题在大户型建筑中影响较小，但在中小户型建筑中，由于其面积小、层高小，框剪结构凸出的梁柱不仅占用了室内使用空间，而且影响了室内装修和房间布置，降低了框剪结构建筑空间利用率，且一定程度上影响了室内空间舒适度和空间格局美观性。

[关键词]：高层建筑;框剪结构;设计优化

引言

随着经济的快速发展，建筑行业也不断的发展起来，建筑规模也呈现扩大化的发展趋势，高层建筑也随之增加，框剪结构不仅具有剪力墙的刚度大、承载力强的特点，同时，又具有框架结构的空间较大、布置灵活的特点，所以，框剪结构广泛应用在高层建筑中。本文主要对高层框剪结构的特点、设计分析、设计技术、注意问题、以及设计优化几方面进行简要的阐述。。

1高层框剪结构设计特点

在复杂应力条件下，框架剪力墙的实际变形具有一定的特点，例如在水平力作用下，剪力墙会先出现弯曲，并以主体框架为变形方向，形成剪切形式，为了保证整个建筑的稳定性，需要平面刚度的扩大，地板和墙壁的协同作用，从而保证它们之间水平位移的一致性。从受力特性来看，框架剪力墙采用的梁柱直线杆主要以框架形式受力。其中，竖向悬臂直接与框架剪力墙内的剪力桩连接，而剪力墙由弯曲结构支撑。在加载过程中，剪力墙在楼板的帮助下相对框架稳定，因此框架在加载过程中不断增大，导致剪力墙发生一定程度的位移。在实际应用中，建筑楼层高度的变化决定了剪力墙位移距离的变化。例如，楼板越高，剪力墙的水平位移就会比较大，而楼板越低，剪力墙的水平位移就会比较弱。剪力墙与框架实际上属于协同工作状态。不同的应力状态,剪力墙框架结构的侧向刚度远远高于框架剪力结构的横向刚度,因此,实际的应力环境,水平力的作用下剪力墙承担和分布会喜欢部队,因此，框架结构的剪切应力将远远大于框架结构。在这种环境下，梁与柱之间的弯矩非常接近，设计方需要计算内力，并力求减小梁与柱的尺寸。

2高层建筑框剪结构设计优化

2.1抗风结构优化设计

在基础设计上，要使用配比较高的砂石来保证地基的密实度，同时还要设置抗拔锚杆，以此来提高建筑基础的抗拔强度。在减振系统设计上，要多利用耗能支撑、剪力墙、楼板等组成的耗能减振系统来减少风荷载对高层建筑的影响。对于风荷载与水平力的问题，要对高风压区进行加固。这主要是从水平压力、水平荷载内力等方面进行综合考虑，来为高层建筑进行加固设计。

2.2框架柱调整优化

高层建筑中，框架剪力墙角柱、边柱向内形成凸角，影响商业建筑平面布置和通行安全，业主提出结构优化要求。经与业主沟通，在结构体系保持不变的情况下，保持一定截面的框架剪力墙角柱、边柱有利于结构安全和结构经济性，过度减小柱截面将导致工程成本大幅增加，并影响建筑结构抗震性能，因此，在原结构设计上以适当缩小边柱、角柱凸出部位截面面积为主,通过增加型钢、提高混凝土强度和改变柱截面尺寸实现框架柱结构优化，即不改变原结构体系前提下，仍采用框架剪力墙柱结构，保证框架二道防线作用，保证合理框架倾覆力矩占比，以满足建筑结构安全和抗震性能实现要求。

2.3高层建筑框剪结构的设计分析

(1)剪力墙设计。剪力墙结构的安排和建设地震力的大小有直接的关系,越来越多的剪力墙刚度、建筑结构地震作用的总体水平也会上升,剪力墙结构刚度变化越大,数量越大,周期越短,地震作用比较强，对于框架剪力结构的特点充分发挥出来，所以在设计过程中，底部的地震弯矩值大于总地震弯矩值的一半。当结构底部剪力值较小时，需要增加剪力墙的数量，以保证结构刚度的安全性。剪力墙的增加也是有限的，要根据具体的实际情况适当的增加，以满足建筑结构的要求。此外，还需要结构指标。在布置剪力墙的过程中，各剪力墙之间有适当的距离。为了满足建筑物的刚度要求，有必要对剪力墙的布置数量进行估算。当建筑物平面出现凹凸部分时，宜在凹凸部分布置剪力墙。剪力墙的布置应尽量落地。若不能落地，为满足建筑物的需要，应在转换层采取合理的加固措施。(2)结构抗震性能设计。一是,建筑物的抗震性能的持续改进以促进高度,可以通过设计剪力墙与框架,完全是在梁的形式同时,边境墙能有效避免斜裂纹扩展到邻近的墙上,墙板受损后,即使作为一个轴承组件,具有承重作用。二是有效控制各肢壁高度比。在设计过程中双肢墙和multi-limb墙,它可以有效地控制裂缝和收益率的部分垂直关节和束口的结构,并促进其刚度的下降,防止发生剪切破坏,避免产生的现象在墙的底部。

3注意事项

由于建筑当中的剪力墙与框剪结构之间存在差异，因此在进行剪力墙设计时应当充分注重抗侧力结构的变形状态。设计人员要求能够在变形状态的受力环境当中寻找到一个符合建筑墙体稳定程度的均衡点，以此来进行对于受力变化的调整。其中，水平力基于负载状况下，框架与剪力墙之间会进行协同，共同承受负荷。但是随着建筑楼层的不断增加，其在水平方向上的受力情况会大幅度提高，继而带动其水平位移的增长。当楼板水平高度达到临界值后，框架会发生与剪力墙之间的相互融合，从而不会再出现某一环节单独变形的问题。而当框架剪力墙处于平移阶段时，二者之间由于受力的协调能力远低于水平方向受力，会发生一定程度的整体变形，这要求设计人员需要充分考虑框架本身所具有的内收趋势，并通过对剪切曲线变形加以控制来实现对于框架拉剪力的控制。随着建筑技术的发展和创新，现代建筑设计也能够将技术和实际建筑时用需求的契合度提升到前所未有的高度，从而使高层建筑的剪力墙结构强度能够依据设计创新得到全面的提升。目前的建筑设计技术领域，通常要求将抗震设计作为主要的设计出发点，并且通过控制墙体长度和厚度比例的方式进行倍数关系标准要求。此外，设计当中还应当坚持分散原则，通过对于抗侧力构件布置方式调整，使其保持离散状态，从而使剪力墙能够达到刚度和弯度两个方面的要求。

结语

高层建筑框架剪力墙结构普遍的应用在高层建筑中，在进行具体的建筑设计时，也要对不同的剪力墙的受力情况进行充分的考虑，与建筑工程的具体实际的需求进行有效的结合，采用科学的结构形式保证建筑的安全性、稳定性。由此可见，高层建筑框剪结构的设计对建筑的安全、城市的规划都有着重要的影响，所以，要加强框剪结构的设计，重视布置的科学性与结构的不断优化。

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