高层建筑结构中的框架剪力墙设计分析

姜力东

【摘要】剪力墙结构的设计质量对对高层建筑的整体质量具有十分重要的影响，它是高层建筑设计的一个重要组成部分。剪力墙结构的设计形式差异会形成不同的施工工序，优化剪力墙结构的设计必须得到重视。针对这一问题，本文从高层建筑设计的特点出发，分析了高层建筑的结构体系，从而进一步分析了高层建筑框架剪力墙结构的优化设计，望相关研究人员相互讨论和借鉴，在交流中得出更加科学的结论。

【关键词】高层建筑；框架剪力墙；优化设计

1 引言

由于科学技术与经济实力的发展，城市中的高层建筑设计已经十分普遍，高层建筑已经成为社会发展的一种需求。框架剪力墙结构在高层建筑中不断得到应用，已经成为高层建筑设计的一个重要成分。就目前的发展状况来说，框架剪力墙结构设计仍具有明显的不足之处，这些缺陷可能会给高层建筑带来明显的不良影响，优化剪力墙结构设计势在必行。

2 城市高层建筑结构设计的特点分析

2.1 水平荷载

水平载荷在高层建筑设计中具有决定性作用。一般而言，楼梯的自重和楼面运行过程中所产生的竖向载荷与楼房的高度成正正比，水平荷载对结构产生的倾覆力矩和轴力和楼房高度的平方成正比例关系。且竖向载荷的数值是固定的，但水平载荷随着结构作用力特征的改变，其地震作用数值也会发生变化。

2.2 轴向变形

与水平载荷一样，轴向变形在高层建筑设计中的地位同样十分重要。由于高层建筑的事项荷载很大，极有可能造成柱体对策内部产生轴变形，影响连续梁的弯矩，造成连续梁中间支座弯矩值增大，材料的长度在这一过程中就显得尤为重要了，在设计时要结合具体情况来选择合适的材料长度，减轻轴向变形带来的不良影响。

3 城市高层建筑的一般结构体系

3.1 框架―剪力墙体系

所谓框架—剪力墙体系是指在框架体系的强度和刚度无法达到建筑结构的要求时，合理设置剪力墙来替代部分框架，由此形成框架一剪力墙体系。在这一体系中。框架一般主要用来承受垂直载荷，而剪力墙则用来承受水平剪力，在到水平力作用的情况下，框架和剪力墙就会利用其楼板和连梁的所具有的强大刚度共同发挥作用。相对于框架体系来说，框架—剪力墙体系的能建高度要大得多，这是因为剪力墙有助于增大结构的侧向刚度，减小建筑物的水平位移。

3.2 剪力墙体系

剪力墙体系就是指在受力主体全部为平面剪力墙构件时，则形成剪力墙体系，剪力墙体系的性能具有一定的优越性，这是由其本身所具有较高的强度和刚度决定的。在承受垂直方向上的水平作用力时，它的位移曲线会呈现弯矩形状。

3.3 筒体体系

筒体体系是指用筒体作为抗侧力构件的结构体系，常见于跨度较大的建筑之中，它具有很强的强度和刚度，能使构建之间受力均匀，抗震性能优越。其形式多样，主要分为实腹筒和空腹筒。实腹筒是由平面和曲面构成的三维结构简体，空腹筒则是由密集的柱体和窗裙梁所构成的一种空间受力构件，筒体体系具有非常显著的优越性。

4 城市高层建筑结构分析

4.1 高层建筑结构分析的基本假定

4.1.1 弹性假定。弹性的计算方法在当前的高层建筑结构分析上应用最为广泛。在实际工作中，弹性假定基本符合结构工作状况，在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，但弹性计算方法并不是万能的，当建筑受到外力作用时就会发生位移或者出现裂缝，这一阶段被称为弹塑性工作阶段，弹性计算方法在这一阶段无法反应结构的真实状况，此时就需要用到弹塑性动力分析法来计算其内力和位移。

4.1.2 小变形假定。构件产生微小变形即构件在外力作用下产生变形，但其变形量远小于构件本身的尺寸时我们就可以忽略构件的变形，按构建的原始尺寸来进行计算，使计算方式得以简化。这种方法被称为小变形假定，也是当前应用十分广泛的方法。但在需要分析构件的刚度、强度、稳定性或研究大变形平衡问题时，小变形假定就不适用了。

4.1.3 刚性楼板假定。刚性楼板假定是指忽略平面外的刚度，将平面内的刚度假设为无限大，进而分析高层建筑结构的分析方法。这种假定能够在很大程度上减小結构位移的自由度，使计算方法得到简化。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。

4.2 高层建筑结构静力分析方法

4.2.1 框架―剪力墙结构。

框架剪力墙结构内力和位移的计算方式有很多，但在未知量和不同因素的影响下不同方法实现的具体形式有所差异。一般来说，最常用的是连梁连续化假定的方式。即假定两墙肢的水平位移完全相等，剪力墙和框架转角位移相同，各墙肢或连梁的截面、层高等几何尺寸相等，对连梁的轴向变形完全忽略不计，以此建立一个以位移和外部载荷为条件的方程式。这种假定在楼层数较多的情况下十分适用，且楼层越多，计算结果的精度越高。

4.2.2 剪力墙结构。

剪力墙的开洞大小会影响剪力墙的受力的特点和变形状态，由于剪力墙的截面形状和应力分布状况不同，在计算内力和位移时也要采用不同的计算方法。剪力墙结构的机算法经常使用的是平面有限单元法，这种方法一般用于应力分布复杂的情形下，具有极强的适应性和灵活性，计算结果的精度高，其不足在于这样计算会消耗很多时间。

4.2.3 筒体结构。

按对计算模型处理方式的不同可将筒体结构分析法分为等效连续化法、等效离散化法和三维空间分析法。本文主要分析了等效连续化的方法，用连续函数来描述结构的内力。另外一种就是将其进行几何和物理上的连续化处理。这种方法一般在杆系结构的分析中应用较为广泛。

结束语：建筑结构设计的主要目的是使建筑物能满足其功能需求，保证建筑物的安全性、艺术性和实用性，优化结构设计能进一步提升高层建筑的质量，推动高层建筑向更高水平发展。此外，结构造价是建筑工程造价的一大主要部分，结构优化设计可以有效的降低工程造价，优化企业的综合效益。相关从业人员要认真分析和讨论当前建筑结构设计中所存在的问题，在注重经济性的同时必须要重视技术性，加强人员培训，积极引进新技术，新概念，推动建筑行业的持续发展。

参考文献

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