高烈度区框架剪力墙结构优化设计措施研究

【摘 要】近年来，我国经济社会发展迅速，城乡各类建筑工程数量也在不断增加。高烈度区框架剪力墙结构，是一种常见的建筑物结构形式。由于这种结构具有稳定性强、耐久性好等优点，因此被广泛应用在工程设计领域。然而，随着建筑工程实践的发展，高烈度区框架-剪力墙结构也暴露出一些弊端。我们有必要总结工程建设的经验，并提出优化这种结构设计的科学方案。本文以一个实际工程作为分析对象，分析了各种数据的计算结果，并探讨了这类特殊建筑结构与普通建筑结构的区别。

【关键词】高烈度区框架剪力墙结构；优化设计；措施

框架——剪力墙结构已经被广泛应用在高层建筑物的设计和建造领域，工程的建设者也积累了一定的结构设计和优化经验，收集了一些可供参考和借鉴的工程建设数据。然而，框架剪力墙结构能否被用于高烈度区域，仍然是一个没有解决的问题。如果能沿用普通高层建筑的相关经验，那么高烈度区的框架剪力墙结构设计难度就会大大降低。因此，从工程实践出发，探索高烈度区框架剪力墙结构的设计方案和优化措施，对于指导高层建筑物的设计和施工具有重要意义。

1 高烈度区框架剪力墙结构设计实例

某公司的职工宿舍为一栋六层的楼房，由两个独立的栋号构成。其中靠左边的两个单元为一号楼，靠右边的一个单元为二号楼。在一号楼中，左侧的单元底部用于建造超市和地下停车场，二层及以上都是住宅区；右侧的单元都是住宅区，一层到五层高度都是3米，总体高度为22米。二号楼为住宅区，其中第一层高度为3.3米，第一层以上部分的高度都是3米，楼房的总体高度为19米。

职工宿舍所在地区的防震烈度为9度，基本地震设计方案的加速度不能小于0.4g，设计地震分组第一组，现场土层的类别为Ⅲ类，建筑物的防震种类为丙类。

2 结构上部的设计方式

在进行了初步的计算之后，根据一般设计经验可以推断：在抗震设防烈度为9度的地区，高度大于4层的建筑物如果仍然选用框架构造，那么房屋横梁和柱体的截面都难以达到设计标准，同时还会浪费许多资源。这一建筑物高度为6层，因此，我们选择了框架-剪力墙结构进行该职工宿舍楼的设计。

在设置剪力墙的时候，要遵循匀称和分散的基本原则，设计多片剪力墙，但是每一片的刚度需要被控制在特定范围内，同时应尽量避免构造整体的扭曲。剪力墙宜设置在竖直方向承受压力较大的部位，或者建筑物内部的楼道、电梯等水平形状改变的地方。在同一平面内，剪力墙应沿着两个相交的轴线展开，最好合并设计成L或T的形状，以便提升整个墙体的刚性程度。在设计过程中，要结合实际情况及时调整剪力墙的宽度和长度，合理控制墙体高度与长度的比值，同时，要注意相连的单片墙体长度不应当超过8米。对于9度的楼房来说，剪力墙之间的距离要小于30米，才能满足设计要求。

这一工程的结构设计较为简单，墙体的平面和竖直面形状较为规则。在一号楼和二号楼之间设置了一条伸缩缝，也可以作为抗震缝来使用，宽度为100毫米。一号楼的两个单元总体长度为52米，在两个单元的中缝处设置一条贯通的后浇带，宽度为800毫米，在主体混凝土浇筑之后的第14天进行浇筑。另外，设计是加强了钢筋的搭配，除了在建筑物的内层设置陶粒状的隔热层之外，还加强了纵向的板钢筋，并且每隔一根就采取拉通措施。

3 主体结构计算

建筑物主体采用全现浇框架-剪力墙结构，根据《建筑抗震设计规范》的规定，结构抗震等级为：框架二级，剪力墙一级；结构计算中采用结构空间有限元分析设计软件SATWE（10版2012年6月）进行结构分析，考虑扭转藕联振动影响的振动分解反应谱法进行地震作用分析，周期折减系数0.75，连接横梁的刚性程度折减系数为0.5。根据这些设计的参数，可以得出计算结果。由计算结果可知：一号楼和二号楼建筑物的质心和刚心重合率高，偏心率较低，并且验算数值表明竖向的设置符合定义。两栋建筑物的框架底部最大轴压力之比为0.45和0.19，剪力墙底部最大轴压力之比为0.14和0.15，满足规范要求。

4 结构优化设计方案

工程实例位于冲积湖泊地带，为冲积作用形成的平原，地表的均匀程度较低，地基也不够均匀。我们采用了振动沉管类型的灌注桩作为基础，管体的直径为380毫米，复打一次就可以建成桩体，成桩后的直径不能小于530毫米，单独桩体的承载能力特征数值为600kN。

在设置有剪力墙的地方布置桩体的时候，要尽量将桩体的基础设计成条形，以便使剪力墙底部的作用力能够直接传送到桩体，同时提高基础的整体性能和抵抗扭曲的能力。

但是，建筑物上部剪力墙数量较多，纵横交错，构造十分复杂。在这样的情况下，怎样布置桩体才是合理的呢？我们又应当怎样计算复杂的承台呢？我们认为：一个构造较为复杂的承台，可以通过墙体的洞口被划分成若干个相对简单的独立承台，然后我们只需要分别计算出每一个单独承台的荷载重心，并在此基础上布置桩体。只要独立承台的形状中心与重心相重合，那么这些承台组合成一个整体之后，整体结构的形状核心与重心也会是一个。也就是说，只要实现了每一部分的平衡，就可以实现整体的平衡。这个规律与力学上的合力矩规律是吻合的。至于联合承台的内部受力计算，可以划分成多个彼此独立的承台，并分别为每一个承台单独配筋，然后自然连接每一个承台的相连部位和相关构件就可以了。

5 结语

通过计算和分析工程实例的相关数值，可以总结出高烈度区框架-剪力墙的设计规则和设计经验，并为今后的工程建设实践提供相应参照。我们应当依据地震发生的周期、建筑物位置的移动以及地震强度，来综合考量设计方案的科学程度。设置数量充足的剪力墙以满足位置移动的需要，是十分必要的，但我们要做的并不仅限于此，因为仅满足了位置移动限定数值的要求，并不意味着这种框架结构就是合理的。在实际施工中，还需要结合当地的地理条件等多种因素，来调整框架剪力墙的各项指标，改变设计方案中不符合具体情况的部分，实现墙体结构的优化设计。

参考文献：

[1]李刚，程耿东.基于可靠度和功能的框架___剪力墙结构抗震优化设计 [J].计算机力学学报，2011（08）.

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