基于建筑结构体系研究

摘要：文章阐述了在高层建筑结构中，并对常用的竖向承重结构分别三个体系，包括有框架结构体系、框架剪力墙结构体系、剪力墙结构体系等研究。

关键词：建筑结构框架结构 剪力墙结构

Abstract：In this paper, it will introduce, under the high-rise construction, three vertical weight structure systems: frame structure system, frame shear wall structure system, shear wall structure system.

Key Words: construction structure; frame structure; shear wall structure

中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：

一、建筑结构框架结构体系

通常与多层框架结构体系相似，并高层建筑中框架结构体系也是由纵、横向框架所组成，形成空间框架结构，以承受竖向荷载和水平力的作用。与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活、造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。但框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大。在地震作用下容易由于大变形而引起非结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。

二、建筑结构剪力墙结构体系

剪力墙结构是利用建筑物的外墙和永久性内隔墙的位置布置钢筋混凝土承重墙的结构，剪力墙既能承受竖向荷载，又能承受水平力。一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而它的厚度则很薄，一般为160～300mm，较厚的可达500mm。

剪力墙的主要作用是承受平行于墙体平面的水平力，并提供较大的抗侧力刚度，它使剪力墙受剪且受弯，剪力墙也因此而得名，以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别。在地震区，该水平力主要由地震作用产生，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。

剪力墙的横截面(即水平面)一般是狭长的矩形。有将纵横墙相连，则形成工形、Z形、L形、T形等。剪力墙厚度不应由小于楼层高度的1/25及160mm，前者主要是为了防止剪力墙在两层楼盖之间发生失稳破坏，后者主要是为了保证墙体混凝土浇筑的施工质量。当建筑物高度较大时，剪力墙厚度不应由其承载力的抗侧刚度决定。剪力墙上常因开门开窗、穿越管线而需要开有洞口，这时应尽量使洞口上下对齐、布置规则，洞与洞之间、洞到墙边的距离不能太小。避免在内纵墙与内横墙交叉处的四面墙上集中开洞，形成十字形截面的薄弱环节。

剪力墙结构常被用于高层住宅和旅馆建筑中，因为这类建筑物的隔墙位置较为固定。从建筑体型看，高层建筑可分为板式与塔式两种。

因为地震对建筑物的作用方向是任意的，因此，在建筑物的纵横两个方向都应布置剪力墙，且各榀剪力墙应尽量拉通对直。

在竖向，剪力墙应伸至基础，直至地下室底板。避免在竖向出现结构刚度突变。但有时，这一点往往与建筑要求相矛盾。例如，在沿街布置的高层住宅中，往往要求在建筑物的底层或底部若干层布置商店，以方便居民购物，满足城市规划中商业网点的布局要求，在结构布置时，可将部分剪力墙落地、部分剪力墙在底部改为框架，即成为框支剪力墙结构。

这时就整个结构受力性能而言，与剪力墙结构体系有所不同，故常称为底部大空间剪力墙结构。在进行底部大空间剪力墙结构布置时，应控制建筑物沿高度方向的刚度变化不要太大。因为部分剪力墙在底部被取消，从而使结构刚度突然受到削弱，这时应采取措施，例如增加落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙的混凝土强度等级，把落地剪力墙布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度，使结构转换层上下刚度较为接近。同时应控制落地剪力墙的数量与间距，框支剪力墙榀数不宜多于同一方向上全部剪力墙榀数的50％，落地剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍。此外要提高转换层附近楼盖的强度及刚度，板厚不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30级，并应采用双向上下配筋率不宜小于0.25％。

剪力墙结构在竖向荷载作用下受力情况较为简单，各榀剪力墙分别承受各层楼盖结构传来的作用力，剪力墙相当于一受压柱。在水平荷载作用下，剪力墙的受力较为复杂，其受力性能主要与开洞大小有关。当剪力墙开洞较小时，剪力墙的整体工作性能较好，整个剪力墙犹如一个竖向放置的悬臂杆，剪力墙截面内的正应力分布在整个剪力墙截面高度范围内呈现线性分布或接近于线性分布。这类剪力墙称为整截面剪力墙。如果剪力墙开洞面积很大，联系梁和墙肢的刚度均比较小，整个剪力墙的受力与变形墙称为壁式框架。几乎每层墙肢均有一个反弯点，这类剪力墙称为壁式框架。当剪力墙开洞介于两者之间时，则剪力墙在侧向荷载作用下的受力特性也介于上述两者之间。这时整个剪力墙截面上的正应力不再呈线性分布，由于联系梁的抗弯刚度的作用，会在墙肢顶部的某几层内产生反弯点，但在底部一般不会有反弯点出现，墙肢内的弯矩分布不再像悬臂杆一样呈光滑的抛物线，而呈锯齿状分布。根据边梁刚度的大小，这一范围内的剪力墙可分为整体小开口剪力墙和双肢剪力墙。另外，如联系梁的刚度很小，仅能起到传递推力的作用，而墙肢的刚度相对较大，则联系梁对墙肢弯曲变形的约束作用很小，仅能起到传递推力的作用，每个墙肢相当于一个肢共同承担，每个墙肢的正应力呈线性分布。

三、建筑结构框架剪力墙结构

框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开间过小的缺点，既可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量及位置。从建筑布置角度看，减少剪力墙数量则可使建筑布置更灵活。但从结构的角度看，剪力墙往往承担了大部分的侧向力，对结构抗侧刚度有明显的影响，因而剪力墙数量不能过少。

为了保证框架与剪力墙能够共同承受侧向荷载作用，楼盖结构在其平面内的刚度必须得到保证。当在侧向荷载作用下，楼盖结构可看成是一根水平放置的深梁，协调各榀框架和剪力墙之间的变形，要保证框架与剪力墙在侧向荷载作用下变形一致。

剪力墙应沿房屋的纵横两个方向均有布置，以承受各个方向的地震作用与风荷载，横向剪力墙宜布置在房屋的平面形状变化处、刚度变化处、楼梯间及电梯间，以及荷载较大的地方。同时，剪力墙应尽量布置在建筑物的端部附近。

框架剪力墙结构在竖向荷载作用下共同承受各层楼盖结构所传来的荷载，对于现浇楼盖一般可按受荷面积分配。在侧向荷载作用下，总的荷载在各榀框架与剪力墙之间就不能按受荷面积分配，建筑平面两道剪力墙只有1/4的受荷面积，而事实上，大部分荷载是由剪力墙结构承担的。

结构一般采用协同工作原理，即把楼盖结构平面内的刚度成为无穷大，在结构发生侧向变位时，楼盖结构仅作刚移。在没有扭转的情况下(荷载对称、结构布置对称)可把所有的框架等效成一综合剪力墙，综合框架与综合剪力墙之间用刚性连杆。这样就把实际的空间结构简化成平面结构分析。

很显然，作用在整个空间剪力墙结构上的荷载由综合剪力墙与综合框架共同承担，但是外荷载在综合剪力墙与综合框架之间的分配，沿高度方向是变化的。在结构顶部，框架承受较大的外荷载，剪力墙可能会受到与外荷载作用方向相反的力的作用，而在结构的底部，剪力墙承受较大的外荷载，框架所受到的作用力与外荷载的作用方向相反。