论文部分内容阅读
[摘 要]在进行房屋建筑的设计与施工时，框支剪力墙的建设难度较大，且伴随着城市建筑的建设越来越多，相关工作的复杂度越来越大。在进行框支剪力墙的结构设计时，应注意整体性、空间性等因素，对于细节问题进行关注，不能留下安全隐患。
[关键词]建筑工程；框支剪力墙；结构设计
中图分类号：TU398.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0139-01
1 框支剪力墙结构设计的原则
1.1 全面性原则
避免剪力墙结构平面之外出现弯矩现象，规避剪力墙结构的弯矩风险需将楼面梁合理放置在一字型剪力墙和规范剪力墙墙肢与楼面梁的连接流程，及时矫正其中发生的结构失误。
1.2 谨慎性原则
在剪力墙结构中对门窗洞的设计上，应注意门窗洞上下方的对齐问题，以便连梁和墙肢较为清晰的辨认。因而建筑设计师还应具备较高的职业素养，遵循谨慎性原则，在建筑结构设计完成后，认真检查设计方案，弥补其中的不足以便完善建筑结构设计方案，降低工程建设成本，提高经济效益。
1.3 空间性原则
框支剪力墙在进行相关设置时应注意建筑的空间结构，注意双向剪力墙的刚度均匀，促进剪力墙结构的质量提升和使用功能的效果显著。
1.4 整体性原则
在进行剪力墙结构设计时需遵循整体性原则，在设置墙肢之间的连系梁时需注意相关的问题，同时在梁上砌筑时有关墙体的填充问题需选择较为轻便的材质，以便保障结构体系的完整性。
2 建筑工程中框支剪力墙结构设计关键性问题探讨
2.1 底部剪力墙的布置
框支剪力墙结构中落地剪力墙的布置与建筑的户型及体型有很大的关联，板式结构由于南北通透，一般为一梯两户，房间开间与进深布置比较均匀对称，这样相对应的落地剪力墙与框支柱的布置就比较均匀合理；而塔式结构由于户型结构一般为一梯四户以上，户型布置不对称，这样底部大空间部分的落地剪力墙与框支柱的布置相应就不太均匀，形不成规则的空间结构。落地剪力墙的位置，一般是楼座四角，楼座凹凸处，单元墙处，楼梯、电梯间等，转换层以下各层为框支剪力墙结构的薄弱部位，在满足功能要求的前提下，尽量增加落地剪力墙的数量。落地剪力墙刚度的控制须满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附錄中E.0.1，E.0.2，E.0.3款中对于剪切刚度与剪弯刚度的要求。
2.2 受力分析
好的结构受力是刚度从下到上逐渐变小，而框支剪力墙结构由于上下剪力墙有一部分不贯通，导致转换层上下部分的刚度突变，下部刚度小，上部刚度大，同时竖向构件的不连续使传力途径复杂，在水平作用下，框支转换层会产生很大的内力与塑性变形，抗震性能差，易造成震害。
2.3 经济角度
转换层结构由于受力复杂，故现行规范对框支层以下的框剪部分从内力调整及构造角度方面进行加强，这样导致材料耗用量增大，自重大，施工难度加大。在相同的地震烈度的前提下，一般情况，若采用框支剪力墙转换结构，整个楼座结构每平方米的含钢量比纯粹的剪力墙结构提高20kg左右。为改善抗震性能，减轻自重并节省投资，结构设计时需考虑以下几个问题：（1）减轻上部结构的自重。减小垂直荷载，相应地减少了转换构件及基础内力，从而减少了转换层部分及基础部分的混凝土量及耗钢量。（2）减轻结构楼板厚度。住宅的开间一般不会太大，除客厅外，常规板厚100mm～120mm即可，板厚在可能的条件下尽量做薄，这样不仅减轻自重，而且板内构造配筋也会减小。（3）剪力墙数量及厚度。上部结构的剪力墙按开间扩大剪力墙的间距，将部分开间的墙体用轻质隔墙代替，能有效减小混凝土用量。剪力墙厚度一般沿高度上升而减小，在满足规范要求的最小墙体厚度前提下，常规墙厚从250mm减到200mm，从200mm减到160mm。
2.4 转换层设计
转换部位上下层竖向构件传力的不连续，导致上部不落地剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构层。
2.4.1 高层转换层有厚板转换与梁系转换两种。厚板转换材料用量大，结构经济指标差，地震作用也差，从减轻自重出发及抗震作用方面考虑，优先考虑梁系转换。转换梁梁高不小于跨度的1/6，梁宽比框支柱稍窄一点，尽量做宽，以增加转换梁的抗剪及抗扭能力。
2.4.2 加强梁的抗扭刚度。转换层楼板加厚，可以增强转换梁的抗扭刚度，也可以局部框支梁封底，框支梁是否封底，受建筑户型的影响。
2.4.3 加强转换梁与中筒连接。转换梁与中间筒体连接处负弯矩大，钢筋锚固也存在问题，因此，考虑在筒体部分设置扶壁柱，以加强此处连接。
2.4.4 控制转换层上下层的刚度比。框支剪力墙结构在转换层楼板处上下刚度突变，上部结构的刚度大，尽量减小其刚度，使上下层刚度尽量接近，以改善结构的抗震性能。减小上部结构的刚度有以下几种方法：a.增大剪力墙间距。b.剪力墙设结构洞。在较长的剪力墙合理部位设置结构洞，用轻质墙体填充，可以有效减小结构的刚度。c.减小上部结构的连梁高度。上部结构中窗户及门洞对应的连梁高度尽量做低至400mm，连梁高度做小，剪力墙刚度相应降低。d.增大转换层上一层楼层的高度。由于转换层下部为大空间，且转换梁高度高，这样导致层高较高。具体设计的时候，需要各个专业密切配合，设备管线尽量避让高转换梁，以降低层高。转换层以上是住宅，层高较低，造成转换层上下层剪切刚度比加大，可以利用设备转换需要的空间将转换层上层的住宅层高加高。由于转换层楼板厚度不小于 200 mm，可以在转换层楼板上设置承重的地垄墙，地垄墙顶板为设备层顶板，设备层顶板与結构主体剪力墙之间设缝脱开成为一个结构层，层高加大，刚度相应减小，可减小转换层上下层剪切刚度比的差距。
结束语
由于框支剪力墙结构一般是为满足上下建筑空间布置而采用的结构，因此建筑方案确定后，为改善抗震性能，应先合理布置剪力墙，尽量使转换梁直接托上部剪力墙，减少转换级数，缩短传力路径，避免多级转换，且通过调整剪力墙布置使质心和刚心接近避免扭转。
参考文献
[1] 杜勇.某高层商住楼框支剪力墙结构设计[J].建筑科学，2011（08）.
[2] 张瑞文.框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J].山西建筑，2010，36（1）：78-79.
[关键词]建筑工程；框支剪力墙；结构设计
中图分类号：TU398.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0139-01
1 框支剪力墙结构设计的原则
1.1 全面性原则
避免剪力墙结构平面之外出现弯矩现象，规避剪力墙结构的弯矩风险需将楼面梁合理放置在一字型剪力墙和规范剪力墙墙肢与楼面梁的连接流程，及时矫正其中发生的结构失误。
1.2 谨慎性原则
在剪力墙结构中对门窗洞的设计上，应注意门窗洞上下方的对齐问题，以便连梁和墙肢较为清晰的辨认。因而建筑设计师还应具备较高的职业素养，遵循谨慎性原则，在建筑结构设计完成后，认真检查设计方案，弥补其中的不足以便完善建筑结构设计方案，降低工程建设成本，提高经济效益。
1.3 空间性原则
框支剪力墙在进行相关设置时应注意建筑的空间结构，注意双向剪力墙的刚度均匀，促进剪力墙结构的质量提升和使用功能的效果显著。
1.4 整体性原则
在进行剪力墙结构设计时需遵循整体性原则，在设置墙肢之间的连系梁时需注意相关的问题，同时在梁上砌筑时有关墙体的填充问题需选择较为轻便的材质，以便保障结构体系的完整性。
2 建筑工程中框支剪力墙结构设计关键性问题探讨
2.1 底部剪力墙的布置
框支剪力墙结构中落地剪力墙的布置与建筑的户型及体型有很大的关联，板式结构由于南北通透，一般为一梯两户，房间开间与进深布置比较均匀对称，这样相对应的落地剪力墙与框支柱的布置就比较均匀合理；而塔式结构由于户型结构一般为一梯四户以上，户型布置不对称，这样底部大空间部分的落地剪力墙与框支柱的布置相应就不太均匀，形不成规则的空间结构。落地剪力墙的位置，一般是楼座四角，楼座凹凸处，单元墙处，楼梯、电梯间等，转换层以下各层为框支剪力墙结构的薄弱部位，在满足功能要求的前提下，尽量增加落地剪力墙的数量。落地剪力墙刚度的控制须满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附錄中E.0.1，E.0.2，E.0.3款中对于剪切刚度与剪弯刚度的要求。
2.2 受力分析
好的结构受力是刚度从下到上逐渐变小，而框支剪力墙结构由于上下剪力墙有一部分不贯通，导致转换层上下部分的刚度突变，下部刚度小，上部刚度大，同时竖向构件的不连续使传力途径复杂，在水平作用下，框支转换层会产生很大的内力与塑性变形，抗震性能差，易造成震害。
2.3 经济角度
转换层结构由于受力复杂，故现行规范对框支层以下的框剪部分从内力调整及构造角度方面进行加强，这样导致材料耗用量增大，自重大，施工难度加大。在相同的地震烈度的前提下，一般情况，若采用框支剪力墙转换结构，整个楼座结构每平方米的含钢量比纯粹的剪力墙结构提高20kg左右。为改善抗震性能，减轻自重并节省投资，结构设计时需考虑以下几个问题：（1）减轻上部结构的自重。减小垂直荷载，相应地减少了转换构件及基础内力，从而减少了转换层部分及基础部分的混凝土量及耗钢量。（2）减轻结构楼板厚度。住宅的开间一般不会太大，除客厅外，常规板厚100mm～120mm即可，板厚在可能的条件下尽量做薄，这样不仅减轻自重，而且板内构造配筋也会减小。（3）剪力墙数量及厚度。上部结构的剪力墙按开间扩大剪力墙的间距，将部分开间的墙体用轻质隔墙代替，能有效减小混凝土用量。剪力墙厚度一般沿高度上升而减小，在满足规范要求的最小墙体厚度前提下，常规墙厚从250mm减到200mm，从200mm减到160mm。
2.4 转换层设计
转换部位上下层竖向构件传力的不连续，导致上部不落地剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构层。
2.4.1 高层转换层有厚板转换与梁系转换两种。厚板转换材料用量大，结构经济指标差，地震作用也差，从减轻自重出发及抗震作用方面考虑，优先考虑梁系转换。转换梁梁高不小于跨度的1/6，梁宽比框支柱稍窄一点，尽量做宽，以增加转换梁的抗剪及抗扭能力。
2.4.2 加强梁的抗扭刚度。转换层楼板加厚，可以增强转换梁的抗扭刚度，也可以局部框支梁封底，框支梁是否封底，受建筑户型的影响。
2.4.3 加强转换梁与中筒连接。转换梁与中间筒体连接处负弯矩大，钢筋锚固也存在问题，因此，考虑在筒体部分设置扶壁柱，以加强此处连接。
2.4.4 控制转换层上下层的刚度比。框支剪力墙结构在转换层楼板处上下刚度突变，上部结构的刚度大，尽量减小其刚度，使上下层刚度尽量接近，以改善结构的抗震性能。减小上部结构的刚度有以下几种方法：a.增大剪力墙间距。b.剪力墙设结构洞。在较长的剪力墙合理部位设置结构洞，用轻质墙体填充，可以有效减小结构的刚度。c.减小上部结构的连梁高度。上部结构中窗户及门洞对应的连梁高度尽量做低至400mm，连梁高度做小，剪力墙刚度相应降低。d.增大转换层上一层楼层的高度。由于转换层下部为大空间，且转换梁高度高，这样导致层高较高。具体设计的时候，需要各个专业密切配合，设备管线尽量避让高转换梁，以降低层高。转换层以上是住宅，层高较低，造成转换层上下层剪切刚度比加大，可以利用设备转换需要的空间将转换层上层的住宅层高加高。由于转换层楼板厚度不小于 200 mm，可以在转换层楼板上设置承重的地垄墙，地垄墙顶板为设备层顶板，设备层顶板与結构主体剪力墙之间设缝脱开成为一个结构层，层高加大，刚度相应减小，可减小转换层上下层剪切刚度比的差距。
结束语
由于框支剪力墙结构一般是为满足上下建筑空间布置而采用的结构，因此建筑方案确定后，为改善抗震性能，应先合理布置剪力墙，尽量使转换梁直接托上部剪力墙，减少转换级数，缩短传力路径，避免多级转换，且通过调整剪力墙布置使质心和刚心接近避免扭转。
参考文献
[1] 杜勇.某高层商住楼框支剪力墙结构设计[J].建筑科学，2011（08）.
[2] 张瑞文.框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J].山西建筑，2010，36（1）：78-79.