高层建筑工程框支剪力墙结构设计

朱俊

摘要：当前，随着我国社会经济的不断发展，使得城市建设中高层建筑工程越来越多，并且结构形式复杂、功能多样化。在建筑结构中，框支剪力墙结构是当前应用较为广泛的结构形式。基于此，下文主要就高层建筑工程框支剪力墙结构设计进行研究。

关键词：高层建筑；框支剪力墙；结构设计

前言

现如今，随着我国城市化进程的不断加快，建筑工程取得了很大的发展，使得我国大都城市的建筑物风格都有向高层发展的趋势，而在高层建筑中由于用户的不同需要往往需要以转换层为中转达到建筑类型转换的目的，然而转换层也有可能在一定程度上导致建筑物结构性能变化，尤其在抗震性能上更为薄弱，易产生安全隐患。因此在高层建筑中对于框支剪力墙等支撑结构中的重要组成部分需要更严谨的改造设计，有针对性的对其进行强化，从而能够保证在抗震等性能中都能有较好的表现，防止住户的生命财产发生威胁。

一、转换层的具体应用

简言之，在高层建筑中，转换层一般被应用于其中，在我国各大城市的高层建筑中，往往会在建筑物的中上部分修建小开间，在下部修建大开间，两者的建筑结构与其分布都是截然不同的，而转换层作为中转的建筑结构需要根据建筑物的设计进行相应的布置。高层建筑在下层的大开间的建设过程中一般在布置的时候会优先选择强度较弱的类型，比如框架柱等，而上层的小开间的建设则相反，会优先选择刚度较为强的部件，比如剪力墙等。这样的布置会产生较大的扭转效应，并且在地震情况中会产生更加复杂的力的效应，因此需要计算出薄弱点进行加固或者通过转换层进行框架柱和剪力墙的中转。目前我国建筑业中较为常用的手法是通过转换层将建筑物的受力点进行改变，计算转换层的布置位置从而使建筑物上下两部分不同结构的力在发生转变的时候能够得到较好的传递。

转换层的具体布置是需要详细严谨的计算才可以实际布置，这是因为其位置分布直接影响了建筑物整体的抗震能力，太高或者太低都会使得转换层不能发挥最大的作用。经专家实际验证得出如下结论：转换层的位置布置在一定程度内是越低越好的，其位置越高，上下两层不同结构之间的作用力越是容易发生冲突，并且与此同时还会发生结构上的刚度变化，也就是说墙体很容易受到力的作用发生形变，而建筑体的材料这时候也产生了较大的作用，如果是较好的材料，就能够承受更多的弹性形变，能分担转换层的压力，而较为一般的材料就很可能会在力的作用下突破弹性形变的极限从而产生裂缝等危害，最终导致整个墙体都发生损坏，而在建筑物中往往每一结构都是互相影响的，如果剪力墙产生了裂缝无法正常发挥作用，就很可能导致框架柱承受的压力也变大，从而产生安全隐患，甚至整个转换层的墙体都会有损伤，而这样的建筑物在地震等自然灾害中是不能保护住户的人身安全的，因此国家在此方面的修建理念中也作出相应的整改，建议在高层建筑物的修建过程中，转换层的布置工作不宜在8度以上的地区进行，并且即使在八度的地区修建转换层也要限制在三层以内在七度以下的地区修建转换层时候可以因地制宜适当增加一些层数，但也不宜过高。在某些情况下建筑物必须采用高位转换的方法才能保证上下层的结构转换正常运行，此时应该将转换层下方小开间内的结构严格控制，实地考察其可能发生的弯曲以及轴向变形等因素，多方因素结合考虑才能开始实际施工。

二、框支剪力墙结构设计的具体要求

通常情况下布置有转换层的建筑都是将剪力墙布置在上方，其下是局部剪力墙和框架柱的结合结构。具体如下：

1.垂直方向的结构布置

垂直方向上的力的作用最容易令建筑物形成相应方向的刚度变化，而在发生地震作用的时候就很容易变为建筑物的抗震性能薄弱点，因此对此方面要进行相应的加固工作，与此同时在修建的时候也需要注意以下几点：（1）在我国出台的相关法案中规定，高层建筑的修建工作，要计算上下两种结构的刚度变化，以等效的刚度为标准进行具体的施工要求。在结构的布置上也需要最优先保证下层的大空间能够有足够的延展性！刚度等特性，一般加固工作都是针对各种物理特性进行的。（2）转换层的布置工作应该以简练为主，不宜太过复杂，因为在上下结构的力的传导过程中，简单直接的结构往往能更好的起到疏导作用。比如在布置框架柱和剪力墙的时候就应该尽量以一条主向的方向进行传导，如果分支过多可能就會导致建筑物的某些结构压力过大从而产生隐患，因此需要尽量避免次级量以及更多力的方向转换。还有在剪力墙等布置过程中可能会出现竖直方向上的承载力过大的情况，因此在此处不宜设置门洞等结构，才能在最大程度上加固地层的剪力墙等结构部件的强度。

2.水平方向的结构布置

水平方向的布置应该配合整体的建设要求来设计，具有优秀的整体性，对于修建过程中的对称性有着极高的要求。比如在建筑中可能有一些较宽和较长等并不均匀对称的地方很可能形成地震过程中的薄弱点，因此在其中需要设置一些伸缩缝等结构来平衡结构，并且在地震灾害发生的时候还可以兼做抗震缝。经过实际研究表明： 在高层建筑中，一些不平衡均匀对称的地方，在地震过程中会承受更多建筑物产生的扭转效应力，而这时候如果不提前做相应的加固工作就会使得其结构产生严重的损害，因此在水平方向上的对称布置是抗增强震性能的重要举措。

3.转换层的结构布置

（1） 转换层是位于上下两层之间的特殊结构，它既可以看作是上层的基础结构，又可以看作是下层的顶层结构，因此起到了中转的作用。转换层的布置能够使得建筑物在上下两层不同结构的冲突力中得以平衡，因此其布置是需要在对建筑整体要求以及实际建设情况有所了解的情况下才可以开始设计的特殊结构。建筑物的不同结构其中的刚度和承载力都有所不同，而如果两种力直接接触就可能会使得建筑物发生不可逆的形变，而转换层就是为了避免两种力直接接触而存在的，并且转换层能够使得力的传递简单化，不会发生多级传递从而加大建筑物的内部压力的情况。

（2）转换层之所以具有这样的特性是因为其特殊的结构决定的，目前我国高层建筑中使用的转换层结构大多是梁式转换结构，其结构在力的传导方面具有非常优越的特性，并且此项技术也已经趋近成熟，因此能够较为稳定的设计和修建。然而梁式转换结构虽然在修建后能够较为简单的进行力的传动，但是在修建过程中却有诸多限制，对于建筑团队有着较高的要求，比如在修建之前就需要对整个建筑物进行应力分析实验，计算出建筑物中存在的各种效应力的大小，在计算完成后还需要针对其特点进行钢筋等材料的配置，从而最大程度加加固结构，防止危险的发生。

（3）具体的计算效应力的过程是通过框支剪力墙结构完成的，这是我国较为常用的一种建筑物种的空间受力体系，并且容易将建筑物中的薄弱受力点更为形象的表现出来，再加以结合计算机模拟软件，就可以将建筑物的整体特征都标注出来并进行分析计算。

结语

上文主要就高层建筑工程框支剪力墙结构设计进行了分析，总而言之，我国在高层建筑的框支剪力墙结构设计的程序已经逐渐成熟，此项技术在业界也得到了广泛的认可。因此，相关设计人员应加强其设计水平，使框支剪力墙结构能够更大程度上载建筑业中普及的目的。

参考文献

[1]白洁，浅谈高层建筑结构的转换层[J].山西建筑，2007.

[2]祝金标，浅析高层建筑框支剪力墙结构的设计[J].城市建设理论研究（ 电子版），2012.