高层建筑中框支剪力墙的应用

高层建筑中框支剪力墙的应用
靳晓辉
【摘要】：现在社会一个典型的特点就是建筑越来越高，高层建筑在我国越来越得到了广泛的应用。一般来说超过一定高度和层数的多层建筑就是高层建筑，按照我国自2002年的规定，10层以上或房屋高度超过28米的民用建筑都应按高层建筑设计。高层建筑带来的效益是很多的，但是在高层建筑中，很多问题都需要考虑，本文主要探讨框支剪力墙在高层建筑中的应用。

【关键词】：建筑施工；剪力墙；框支剪力墙；落地剪力墙；高层建筑
一、框支剪力墙的适用范围
当底层需要大空间时，采用框架结构支撑上部剪力墙，就形成框支剪力墙。剪力墙一般可以分为平面的剪力墙以及筒体剪力墙。前者通常应用用于钢筋混凝土的框架结构，还有升板结构中。为了能够提高结构刚度和强度，提高在地震中的抗震性，在一些部分也可以现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。这种现浇的剪力墙模式是通过与周围梁柱一起浇筑的，具有良好的整体性。而筒体型往往见于高层建筑、高耸结构以及悬吊的体系中，一半经电梯间、楼梯间、辅助用房等间隔墙围成，这些筒壁都是现浇钢筋混凝土的结构，它的强度刚度较大，能够承载更高的水平荷载。
二、框支剪力墙结构设计
框支剪力墙结构属于剪力墙结构的一种特殊形式，这种情况下底层的竖向荷载和水平荷载为底层框架及落地剪力墙来承担，主要特点是侧向刚度在框支层顶楼盖发生突变。有关震害资料表明：这种结构在地震作用下往往由于从上到下刚度突变，底层框架刚度太弱、强度不足、侧移过大、延性不足而出现破坏，所以在地震区不宜采用无落地剪力墙的框支剪力墙结构。应在结构的平面布置中设置一定数量的落地剪力墙，道数不宜少于上部剪力墙道数的50％。而且要保证下部剪切刚度不宜小于相邻层剪切刚度的50％。为保证落地剪力墙与框架的协同工作，落地剪力墙间距不宜大于4个开间，也不大于24m。同时，应特别加强刚性过渡层楼盖，使其具有足够的刚度和抗力，并与剪力墙牢固连接。
三、框支剪力墙应用的重点分析
现代高层建筑向多功能、综合用途发展，在同一竖直线上，顶部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆、文化娱乐设施。不同用途的楼层，需要大小不同的开间，采用不同的结构形式。因此，如何解决剪力墙结构底部楼层设置大空间，一直是建筑和结构两方面都非常关心的问题。我国研究人员早在70年代就通过理论分析和试验研究，提出了底部大空间剪力墙结构体系的概念。因为剪力墙的刚度远远大于框架柱，只要有部分剪力墙落地，便会大大改变结构的刚度分布，防止底层变形集中，其工作性质就接近于一般的剪力墙结构，从而有效地防止了结构在地震中的破坏。这结构就是框支剪力墙的结构，在其高层建筑应用中要注意如下的一些问题：
(一)必须协调好框支墙与落地墙的比例。地震区要限制框支墙的总棍数不超过全部横墙损数的50％，即框支墙占比例在l／2以内。
(二)避免在框支楼盖顶处发生刚度急剧突变，为了保证刚度的变化能顺利地传递和转变，必须对框支楼盖层的设计作特殊的要求，如板厚不宜小于180mm，采用现浇钢筋混凝土满足刚度要求，应采用双向上下配筋适当提高配筋率，楼板尽量不开洞。
(三)框支梁、柱截面的确定。框架梁柱是底部大空间部分的重要支承，它主要承受垂直荷载及地震倾覆力矩，其断面尺寸要通过内力分析，从结构强度、稳定和变形等方面确定。
(四)增加落地剪力墙的厚度(不宜超过原墙厚2倍)，提高落地剪力墙与框架柱的强度等级，减少洞口尺寸，控制落地剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍；把落地剪力墙组合布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度。
(五)框架最上层设置设备层，作为刚度的过渡层，使结构转换层上下刚度较为接近。
四、目前存在的一些问题
目前，框支剪力墙在实际应用中已经经过了实践的检验，通过与落地剪力墙的协作可以达到很好的抗震性。但是，有些问题仍然值得大家去探讨，这里抛砖引玉，指出几个方面：
（一）宽高比对剪力墙出平面弯曲变形和内力影响在理论上需要更深入探讨，此外，剪力墙端部弯矩应考虑剪力墙与楼板连接来确定其分布。
（二）剪力墙平面外刚度及承载力都相对很小，如何确定不同板厚、不同墙厚及不同跨度情况下使得剪力墙出平面弯矩最小且满足相应墙厚出平面承载力要求，达到经济、安全最优化结果，是一个值得探讨的问题。
（三）照偏心受压构件正截面配筋来确定剪力墙的出平面承载力配筋设计且偏于安全，但配筋量有点偏大，当高宽比不同时，其折减系数取多少也是需要继续研究的问题。
参考文献：
[1] 施金平,赵明水,荣维生. 高层建筑中高位箱形转换层结构的抗震设计[J],工程抗震与加固改造 2005年第06期.
[2]杨耀乾.平板理论[M]. 北京:中国铁道出版社，1980.
[3] 赵笠,黄勋林. 高位转换结构在工程中的应用[M]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 2001年第03期.