高层建筑工程框支剪力墙结构设计

魏瑞芳 李红英

【摘要】经济水平的进步拉动了社会的消费水平，社会对建筑物的要求也不断提高。高层建筑应运而生。要想满足高层建筑不同住户的不同需要，必须要利用转换层平衡上下两部分不同的结构。框支剪力墙结构基于此产生。

【关键词】高层建筑；框支剪力墙；工程结构设计

近些年来高层建筑层出不穷，高层已经成为建筑物的主要发展趋势。在高层建筑中，建筑层数非常多，住户也随之增加，如何满足众多住户的需求就成了难题。转换层在时候发挥了作用，利用转换层可以把建筑转换成住户理想中的各种类型。但是转换层自身也存在一些目前我们无法解决的缺点。比如说，转换层的应用可能会改变高层建筑的结构性能。在转换成的影响下，建筑物的抗震性略有降低，有可能会威胁到住户的生命和财产安全。所以，我们必须要对框支剪力墙结构进行改造，以其内部组成的稳定保证整个结构的安全。强化框支剪力墙的结构安全有利于高层建筑抗震性的提高进而消除住户的安全隐患。

1 转换层在高层建筑中的运用

相比来说，高层建筑中多使用转换层，低层建筑使用转换层的情况较少。高层建筑的上方有一个小开间而下方有一个大开间，这两个开间看似相似但二者无论是结构还是分布都有很大区别。正是因为这些区别，我们在选择转换层类型时必须要充分考虑整个建筑的结构。框架柱等弱强度的部件是在设置高层建筑下层大开间时经常使用的，而上层小开间多使用剪力墙这类强刚度的部件。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。利用转换层改变整个高层建筑物的受力点是目前在我国高层建筑中转换层主要利用手段，所以要想使高层建筑的上下两部分的作用力完全传递出来就必须要对转换层的位置进行详细计算并严格按照计算位置设置。

在设置转换层时，只有经过精确计算的位置才能使其作用完全发挥出来。高层建筑的抗震性受转换层影响，转换层位置太低可能会降低建筑物的抗震能力。只有适当的位置和分布才能保证建筑的抗震性维护建筑物安全。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，该结论证明，一旦有力量作用在墙体上其形状就会发生改变。但是高层建筑的施工材料在一定程度上可以影响墙体受损害程度，质量高的建筑材料可以承担一部分由于形变而产生的压力但是质量较差的建筑材料承受的形变压力较小，一旦材料的承担能力小于作用力，整个墙体就会在压力的作用下出现裂缝甚至全部被摧毁。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，一旦自然灾害发生，这种建筑不仅无法保护住户安全还会对住户造成威胁。国家为了保护人民的生命财产安全对高层建筑的转换层做出了如下规定，转换层的布置工作要在八度以下的地区开展并且八度地区的转换层高度不得超过三层。

2 在设计框支剪力墙结构时要遵循的要求

高层建筑物的结构并不是一成不变的，建筑物的结构与建筑自身施工条件和附近环境有关。不同的结构使用的建筑地基也有所不同，所以我们只有选择一个合理的、可操作性高的建筑结构才能够保证高层建筑的质量。框架柱和剪力墙都会影响到建筑物的地基设计，所以在开始地基建设之前必须要充分考虑住户和建筑单位的需求。另外，还要保证整个施工过程符合国家规定。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：

2.1 垂直方向的结构布置

一旦高层建筑物受到垂直方向的作用力，建筑物垂直方向的的刚度就会发生变化。这种刚度变化会降低建筑物的抗震性，如果地震真正来临住户的安全就会受到威胁。所以我们必须要对建筑垂直方向的结构进行强化进而保证建筑的质量。

与此同时在修建的时候也需要注意以下几点：

（1） 在进行高层建筑的修造改建工作时，必须要对建筑上下两种结构的刚度进行计算，施工工作必须在上下两部分的刚度达到等效后才可以开始。这项要求是我国的相关法案规定的，并不是随便产生的。另外，在施工过程中，一定要优先考虑下层的结构，通过加固下层的刚度和延展性等物理性能保证整个建筑物结构的合理性。

（2） 过于复杂的转换层布置并不会优化建筑物的结构反而会带来负面影响。简单的结构能够更好地传递上下结构的作用力，而复杂的结构可能会阻碍作用力的传导。尤其是在设置框架柱和剪力墙时，只有一条传导线的结构能够减轻建筑物的压力进而消除安全隐患。但是，如果在设置剪力墙的同时在内部设置了门洞，不仅会降低剪力墙的强度而且还会加大竖直方向作用力影响整个结构安全。

2.2 水平方向的结构布置

满足建筑物的整体要求是布置水平方向结构要遵循的第一要义。按照整体要求设置的结构有利于保证建筑的整体性和对称性。在高层建筑中，有的地方并不是完全对称的。这些不对称的地方经常会受到地震的侵扰，所以我们必须要加强这些地方的对称性减轻地震的影响。一般地，我们会在这些不对称的地方加固一些伸缩缝从而保证整个结构的平衡。除此之外，地震经常发生的地方还需要设置抗震缝。扭转效应力经常会产生于对称性差的地方，这些捏转效应力会破坏整个建筑的结构。所以，加强建筑物的对称性减轻扭转效应力成为了我们迫在眉睫的工作。这样才可以加强结构稳定性增加建筑抗震性。

2.3 转换层的结构布置

（1） 转换层是一种特殊的结构，由于位置处于上下两层之间，所以不仅是上层的基础也是下层的顶部，在上下两层之间发挥中转的作用。转换层的存在平衡了上下两层产生的作用力，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。由于上下两层的结构不同所以产生的作用力大小也不同，这两种大小不同的作用力必须要通过转换层才能够在一起共存。如果这两种作用力直接存在于一个平面，两种力就会产生冲突甚至会加速高层建筑形变速度，影响高层建筑的安全。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） 转换层内部结构比较特殊，这正是转换层可以平衡两种大小不同的作用力的主要原因。梁式转换结构是目前我国建筑中使用最多的结构，这种结构不仅能够快速的传导上下两层作用力而且能够保证建筑的稳定。这种技术日益成熟相信日后会有一个广阔的未来。虽然梁式转换结构有很大的先进性但在现阶段的应用中经常会受到各种条件的限制。在开始转换层修建工作前要完成分析建筑应力工作和高层建筑效应力的计算工作。由于转换层的位置必须严格按照计算结果修建，所以工作人员必须细心、有较高的计算能力，这项工作对工作人员要求较高。

（3）目前我国最常见的空间受力体系是利用框支剪力墙计算建筑的效应力。并且容易将建筑物中的薄弱受力点更为形象的表现出来，使用人工与计算机结合的形式，全面、具体的展现高层建筑物的整体结构并对其进行准确计算。

3 结语

目前将框支剪力墙结构应用在高层建筑的手段日趨成熟，此项技术也得到了社会大众的认同，其未来非常广阔。虽然如此，但这项技术仍旧有许多需要改善的地方。要想让框支剪力墙技术更多的应用在我国建筑中，必须要加固其内部结构物理特性保证高层建筑抗震性的提高。

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