高层建筑框架剪力墙结构设计优化措施研究

1、    高层建筑框架剪力墙结构设计优化措施研究    李凯【摘要】建筑设计师经常使用框架剪力墙结构，这种结构能够减少建筑物发生侧移的现象，大大增强建筑结构的整体质量。建筑的框架剪力墙结构设计成了影响建筑的一个重要的因素，它的好坏将会直接影响建筑的抗震性及承载力。本文将会着重对建筑结构设计中剪力墙结构设计优化措施进行分析。【关键词】剪力墙结构;建筑结构;设计引言随着经济建设的快速发展，城市人口不断增加，建筑用地资源非常紧张，在这种情况下，高层建筑以其大容积率得以在城市中快速发展起来。高层建筑垂直高度较大，而且结构较为复杂，这就需要选择适宜的结构形式，来确保

2、高层建筑的稳定性。目前框剪结构不仅能够有效的确保使用空间的最大化，而且抗侧力刚度也较好，所以在当前高层建筑结构设计中得以广泛的应用。在进行框剪结构设计过程中，需要对其设计进一步优化，确保建筑结构能够更好的满足建设可靠性的要求。1高层建筑框架剪力墙结构布置设计在高层住宅的框架-剪力墙结构中，剪力墙与普通剪力墙结构相比存在一定的差异。下部楼层中，剪力墙的位移较小，因此，可以拉着框架按照弯曲型曲线变形，由剪力墙承受大部分水平力;而在上部楼层，剪力墙的位移会越来越大，并且呈现出外侧的趋势，因此，框架趋于内收，拉着剪力墙按照剪切型曲线变形。框架除了负担外负荷产生的水平力，还需要负担拉动剪力墙的附加水平力

3、，而剪力墙不会承受任何的荷载水平力，还因为给框架一个附加水平力，而承受负剪力。因此，在上部楼层，即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。作为主要的抗侧力构件，剪力墙在结构中的作用是非常巨大的，如果在设计时，仅仅在一个主轴方向布设剪力墙，很可能造成两个主轴方向抗侧刚度的巨大的差异，在没有设置剪力墙的主轴方向，会因为刚度不足，无法与另一个主轴方向相互协调，在振动作用下容易导致结构的扭转破坏。因此，该工程设计中，在两个主轴方向都布置了剪力墙，形成了双向抗侧力体系，可以有效减少层间侧移。2高层建筑框架剪力墙结构优化设计（1）剪力墙抗震优化设计。在对高层住宅进行结构设计时，一定要考虑建

4、筑的抗震指数。对于高层住宅剪力墙结构，可能由于本身刚度比较差，所以在发生地震时变形就会非常严重，对于地震的防御力就很低。因此，对于高层住宅剪力墙的刚度问题要进行优化设计，符合抗震的要求，保证结构合理和经济性。具体来说，在剪力墙结构设计过程中，应当注重抗震的作用，尽量避免单向布置，按照双向布置的原则，使受力方向的抗侧刚度逐渐接近，形成一个良好的空间结构。利用空间的充足性，减轻结构的重量。站在多种角度，从多方面出发，进行结构分析，注重和考虑抗震等级平均轴压比带来的影响及其稳定性的相关要求。（2）剪力墙结构设计优化。高层住宅建筑的设计不仅仅要求是能够达到最基本的建筑使用标准，更要注意的注重结构合理性

5、问题。高层建筑的设计过程中需要考虑建筑层数比较多，并且在施工时要保证地基足够坚固，支撑之后将要建造的上面的楼层的重量。在设计时，既要保证剪力墙能够保证较好的抗震性，又要保证足够的刚度。对于现有的剪力墙结构中的一些缺点，比如建筑成本比较高，而且在施工时难度比较大，对于钢材的使用量也非常大，也需要被考虑在优化设计中。可能这些缺点就是因现有剪力墙的结构不合理性造成，所以在进行优化设计的过程中就要考虑到这些问题。优化设计者要充分考虑到各方面可能影响到剪力墙结构的因素，在优化设计时能够改进这些问题，争取使得优化后的剪力墙在使用过程中尽量避免出现原有的不足。优化过后的剪力墙结构需要表现出抗震性好、建造成本

6、低、施工时比较简单、对钢材的使用量降低等优点，因此对高层住宅的剪力墙优化设计的探索具有重要意义。3高层建筑框架剪力墙结构计算优化在剪力墙结构计算方面进行优化时，应当遵循楼层最小剪力系数的调整原则、连梁超出限值的调整原则、楼层最大位移和层高之比的调整原则、结构扭转为主的第一自振周期和以平动为主的第一自振周期之间的比例调整原则，使计算结果无限地接近规范值。（1）调整楼层高度和层间比例。在我们进行优化剪力墙结构计算的时候首先要关注楼层的高度和层間的比例，需要计算在地震对建筑物楼层影响的位移的时候对于楼层的弯曲变形和扭曲变形，还要该考虑整栋建筑物的扭曲变形，在高层建筑物进行计算的时候，要尽可能的降低扭

7、转变形量，但是不能盲目添加纵向构件的抗侧刚度。（2）调整楼层最小剪力系数。如果说断肢剪力墙承载底部地震的倾覆力小于总体的 40%，那么就必须减少剪力墙的数量，并且设计的时候是设计大开间剪力墙，这样可以有效控制楼层最小剪力墙系数在一定的范围内，能够降低地震对建筑物的影响，节约建筑成本。（3）层间位移和楼层高度的比例设计。在我们进行剪力墙机构设计的时候要考虑受地震影响较重的时候，剪力墙弹性位移的数值范围和整体结构扭转的变形量，一般我们在计算剪力墙的结构设计时候关键自身与剪切变形量和整体结构扭转。改变纵向构件的数目是控制剪切变形的一个重要的手段，然而如果纵向构架过多也会造成墙面结构的扭转变

8、形。因此在设计的时候也要控制纵向构件的数目。（4）结构扭转自振周期与平动自振周期t1之比的调整原则。通过对震害的研究可以发现，如果剪力墙结构在设计以及施工中存在质量偏心、刚度较差、平面存在凹凸不平等问题，将会受到地震的较为严重的影响。所以，在进行剪力墙的设计中，应该充分的考虑剪力墙结构抗扭曲刚度的承受能力，在设计中应该对剪力墙结构平面的标准进行控制，防止出现大规模的扭曲变形，在进行扭转效应计算的时候应该讲偏心影响纳入其中;其次，在进行限制结构的设计中，要保证抗扭曲程度达到施工要求。实际的施工设计，需要有效的将结构周围的环境进行良好的控制，从而有效的强化并提高剪力墙结构的侧向抗扭曲程度。如果在设

9、计的时候，仅仅通过在部分位置加装构件进行支撑，那么对整体的侧向刚度能力的提升范畴微乎其微。（5）连梁超限的调整原则。高规规定剪力墙长度不宜大于8m，当大于8m时，宜采用弱连梁将其分开。同时还规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计;有地震作用组合时，对于高跨比大于2.5及小于2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。为此应将连梁进行塑性调幅，以降低剪力设计值。塑性调幅可采用的方法：在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁出现裂缝。4结语在我国的高层建筑住宅中，剪力墙结构已被广泛应用，其数量会根据不同的高层住宅而有所不同，所以对于高层住宅剪力墙结构优化势在必行。而在对剪力墙的优化设计中要注意，优化的目的不仅仅是为了能够降低工程造价，更要在保证安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保证建筑的使用功能。因此，对于高层住宅剪力墙结构的优化要妥善考虑到建筑各方面的特点，兼顾合理性，才能发挥出结构优化的意义。参考文献：1冯中伟、刘宜丰 高层剪力墙住宅结构优化设计 建筑结构