陈建述
（象山县规划设计院，浙江宁波315700）
摘要：本文通过实际工程，简单介绍了项目的结构体系和整体设计指标，把框架－剪力墙结构在设计过程中容易出现的问题以及模型计算中解决问题的方法做了总结。
关键词：高层建筑；框架剪力墙；结构设计
前言
高层建筑中的框架－剪力墙结构体系，兼顾框架和剪力墙两种结构体系的受力特点，协同工作，整体性好，刚度大，侧面变形小，抗震性能好，易于满足国家规范限定值的要求，从而得到广泛的应用。
1框架剪力墙结构设计概述
高层建筑相比普通建筑，结构比较复杂，框架剪力墙结构有效结合框架结构与剪力墙结构的优点，使其在高层建筑中得到广泛应用。对于框架剪力墙结构优化设计，要同时考虑结构的受力、稳定性以及工程造价，这样才会使框架剪力墙结构的优化真正兼具经济性与使用性。高层建筑结构设计中要特别注意抵抗水平荷载的作用力，框架剪力墙结构中抵抗侧力的主要是剪力墙，所以剪力墙刚度对于结构的优化具有重要的意义，在高层建筑具体设计、施工中，一定要保证剪力墙的合理刚度。
2工程概况
本工程为某商办楼，建筑面积17282m2。其中地下室面积3766m2，总高度59.9m。地下室二层（车库及设备层和人防工程）。由主楼和裙房组成，中间不设缝。地上主楼15层（不包括机房层），框架－剪力墙结构，四层及以上均为办公用房；裙房三层，框架结构，均为商业。本工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为IV类，抗震设防分类为标准设防类（丙类），框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。地基基础设计时，根据地质报告建议，本工程基础采用桩筏基础，选用预应力高强混凝土管桩，主楼和裙房下管径分别为600和500。主楼下筏板厚为1.3m，裙房下为0.8m，主楼基础与裙房基础采用45度过渡，并在主楼与裙房交接处设置后浇带。
3框架－剪力墙结构的受力特点
框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构三种结构体系受力特点比较：框架结构是所有墙体均不能承重，为填充墙。梁柱是结构的主要受力构件，建筑物对横向受力的抵抗力不足，尤其是遇到地震时，楼层间甚至出现移动。水平荷载作用下，框架的变形曲线以剪切变形为主；剪力墙结构是竖向悬臂梁，在水平荷载作用下以弯曲变形为主，剪力墙是利用钢筋混凝土墙体作为主要受力结构，墙体抗震、抗侧刚度大，结构整体性好，能有效抵抗水平力作用；框架－剪力墙结构结合了框架和剪力墙两种结构体系优点，使建筑平面布置更加合理、优化，受力也比较均匀，能有效抗震，对结构的安全性有大大的提高。
高层建筑采用框架－剪力墙结构体系，竖向荷载由框架和剪力墙共同承担，水平荷载则主要由剪力墙承担。两者协同工作，规避了两者的缺点，扬长避短，使建筑功能要求和结构设计能够协调统一。框架－剪力墙结构在实际工程中的应用广泛，剪力墙数量和布置原则应满足承载力要求，使结构有足够抗侧刚度，以满足层间位移限值，设置剪力墙的位置可根据实际工程的建筑平面灵活布置。
4模型计算的优化
4.1结构平面布置
本工程结构平面布置较为简单，呈矩形分布，主要柱网见平面图1～3图。但平面、立面有收进，裙房商业入口处楼板有大开洞和抽柱，造成部分竖向构件不连续。
4.2剪力墙的布置
本工程结构初步设计时，剪力墙均布置在楼、电梯间四周，处于标准层的中部，稍微有点偏置。虽然各项指标都满足规范的要求，但扭转效应较大。框架部分柱的尺寸偏大，且很多细节未做考虑。施工图阶段，对计算模型采取优化，经过多次试算，由于南、北建筑立面外观的要求，因此在东、西向两处对称增设了剪力墙，加强结构外围刚度，提高了结构的整体性和抗扭刚度，减小地震作用下的扭转效应，计算的各项指标均优于初步设计，框架部分柱尺寸也有所减小，更加合理。同时为了防止墙肢刚度过大而吸收大量的地震力而破坏，在较长的剪力墙中开设结构洞口，并用砌块后砌，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙肢之间采用连梁连接，使每片剪力墙的弯曲刚度适中，不会出现个别墙的受力太集中而引起破坏。
在框架－剪力墙结构中的剪力墙宜有边缘约束构件，包括边框柱和边框梁。抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位的厚度不应小于200mm，且不小于层高的1/16，其它情况不应小于160mm，且不应小于层高的1/20。边框梁的宽度宜与墙同厚，高度可取墙厚的2倍。在实际工程中，合理确定剪力墙的厚度，对墙体稳定性有很大的影响。
4.3结构竖向布置
本工程裙房商业入口楼板大开洞，框架柱有抽柱，造成部分竖向构件不连续，对洞口四周的梁、板、柱均采取了加强措施。由于楼板开洞面积大于平面该方向总宽度的30%，计算时设为弹性楼板，增加周边楼板厚度和配筋，梁、柱箍筋全长加密，主筋也构造加强。
为使结构的竖向刚度均匀变化，框架柱裙房部分柱截面均为600×600；主楼柱截面5层及以下为800×800，6～9层为700×700，10层以上为600×600；底部加强区为地下室二层至地上3层，剪力墙厚度由400厚逐步减至200厚；混凝土等级由C50逐步降至C40，自下而上刚度逐渐减小。
4.4连梁的设计
根据连梁相对刚度（即连梁对剪力墙的约束作用大小）的不同，框架－剪力墙结构内力计算时可分为铰接体系和刚接体系两种，连梁的刚度可以折减，但折减系数不宜小于0.55（计算自振周期时不折减）。连梁的破坏有脆性的剪切破坏和延性的弯曲破坏，设计时应尽量避免连梁发生剪切破坏，让连梁先屈服，形成塑性铰。结构设计中，连梁折减系数一般取0.7。为保证连梁的延性，设计时应做到“强柱（墙）弱梁”，“强剪弱弯”，截面尺寸应符合规范设计的要求。为避免连梁出现过多的超筋现象，尽量减小连梁的高度，尽可能加大洞口的宽度，不宜将楼面主梁支承在连梁上。
4.5主要问题解决的方法
本工程初步设计时，虽各项指标均满足规范的限值，但都很接近限值，仅有微弱的差距。施工图时，对原有模型多次试算调整，远远达到了规范的要求。（1）作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。本项目地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，再加上有人防工程，因此楼板厚度为300mm。所有楼板钢筋均采用了RB550级冷轧带肋钢筋焊接网，双层双向。这种钢筋改性后提高了钢筋的屈服强度，增大了钢筋与混凝土的握裹力，使钢筋与混凝土更好地共同工作，充分发挥作用。在高层建筑中，楼面标准层多，面积大，楼面活荷载不大，使用此钢筋能大大降低成本。（2）水平力作用下，各层框架部分计算所得剪力一般都较小，为保证作为第二道防线框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以调整。模型计算时，出屋面的楼梯间也采用了框架－剪力墙结构，因此对局部出屋面小塔楼的剪力调整系数取1.5的放大系数。调整时，所有梁、柱的剪力和弯矩均乘以此系数，轴力可不放大。（3）初步设计时，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比很接近0.9。为了使模型更合理化，因此加强了外围框架梁宽度和截面尺寸，并在Y向增设了剪力墙，从地下室二层至屋面，使竖向刚度增大，增强了抗扭刚度，结构弹性层间位移角也满足要求，最终各项指标的计算结果明显得到改善。（4）框架－剪力墙结构中剪力墙布置形式、厚度、高度和边缘构造等是模型计算关键。为了防止因墙体稳定性较差，平面外刚度过小，从而压屈失稳的现象，对墙体的截面条件、强度和稳定性验算必须保证，使剪力墙的整体性好。
5结语
总之，大量的建筑工程施工积累了很多经验，高层建筑结构中的框架剪力墙结构设计与施工也日渐成熟，但是随着人们对建筑功能要求的提高，框架剪力墙结构设计还需要及时改进，这就需要相关施工人员以及技术人员在具体实践中不断研究、探索，注意框架剪力墙结构设计中的要点，在设计过程中做到严格按照标准，全面考虑，用严谨的工作态度对待高层建筑结构中的框架剪力墙结构设计中的每个内容，把高层建筑的安全性、抗震性作为施工中应该时刻遵守的原则，为框架剪力墙结构设计的合理性提供保障，促进高层建筑的质量提高。
参考文献：
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[3]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）