中国航空规划设计研究总院
【摘要】本文基于框支剪力墙结构的类型及受力特点进行分析，总结高层建筑工程框支剪力墙结构设计的原则，探讨高层建筑工程框支剪力墙结构的布置及设计要点，以保证框支剪力墙结构设计的合理性，进一步提高高层建筑工程结构的稳定性，仅供建筑行业人士参考。
【关键词】高层建筑；框支剪力墙结构；布置；设计要点
框支剪力墙结构是高层建筑工程中的重要结构形式，在实际应用中能够有效的规避结构构件的突出风险，节约建筑空间占用量，提高高层建筑结构设计的灵活性和可靠性，确保高层建筑的实际使用价值的有效发挥。本文以某地区高层建筑工程为例进行分析，该工程主要包括地下室、1层裙楼、地上20层住宅楼，底部为大空间框支剪力墙结构，上部为剪力墙结构，以满足高层建筑工程的功能需求。
1框支剪力墙结构的类型及受力特点
1.1类型
一是整截面墙，以整体悬臂墙为主要受力方式，弯矩图无突变且无反弯点，以弯曲型变形为主要变形特点。二是整体小开口墙，弯矩图在连系梁部位发生突变，但整个墙肢高度反弯点较少，以弯曲型为主要变形特点。三是双肢墙及多肢墙，其受力特点也是弯矩图在连系梁部位发生突变，但整个墙肢高度上反弯点较少，以弯曲型为主要变形特点。四是壁式框支，弯矩图在楼层处发生突变，大部分楼层中出现反弯点，以剪切型为主要变形特点。
1.2受力特点
对于纯剪力墙结构，刚性结构，变形为弯曲变形为主，内力按等效刚度比例分配。对于纯框支，柔性结构，变形以剪切变形为主，楼层剪力按柱的抗侧刚度D比例分配;对于框支—剪力墙结构，中等刚度，框支和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，使它们的水平位移协调一致，不能各自变形，变形为反S形或弯剪型。框支剪力墙层间位移最大值发生在(0.4-0.8)H范围内。在水平力作用下，框支剪力墙的框支上下各层剪力取用值比较接近。框支剪力墙具有多道抗震防线，是一种抗震性能良好的结构体系。
2高层建筑工程框支剪力墙结构的设计原则
一是整体性原则，在框支剪力墙结构设计中，应当对连系梁的相关情况进行全面分析，选择轻便的材质对墙体进行填充处理，以保证框支剪力墙结构体系的完整性。二是空间性原则，框支剪力墙的设置应当充分考虑高层建筑整体空间结构，确保双向剪力墙刚度均匀，提高剪力墙结构质量，确保高层建筑工程的实际使用价值的有效发挥。三是谨慎性原则，尤其是在高层建筑结构中的门窗洞的设计，应当注意对齐问题，以确保对连梁和墙肢有清晰的辨认。与此同时，建筑设计师应当在建筑结构设计完成后对设计方案进行认真检查，一旦发现不足及时进行弥补，降低工程建设成本，从而切实提高高层建筑工程的经济效益。四是全面性原则。避免剪力墙结构平面之外出现弯矩现象，规避剪力墙结构的弯矩风险需将楼面梁合理放置在一字型剪力墙和规范剪力墙墙肢与楼面梁的连接流程，及时矫正其中发生的结构失误。
3高层建筑工程的框支剪力墙结构布置
3.1高层建筑工程的框支剪力墙结构布置原则
框支剪力墙结构中剪力墙的布置原则一般为“均匀、分散、对称、周边”。宜符合下列要求:一是剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大;二是平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;三是纵横剪力墙宜组成L形、T形等型式;四是单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的30%;五是剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变;剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐;六是楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;七是抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
3.2高层建筑工程的框支剪力墙结构布置要点
剪力墙墙肢截面宜简单、规则、剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。为了避免剪力墙脆性破坏，较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。
应控制剪力墙平面外的弯矩，以保证剪力墙平面外的稳定性。其中，需要注意如下几点:一是沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩;二是当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱;三是不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置暗柱，并宜按计算确定配筋;四是必要时，剪力墙内可设置型钢，需要说明的是不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。
4高层建筑工程的框支剪力墙结构设计要点
4.1基本假定计算及荷载分配
在对基本假定进行计算时，一片剪力墙能够对平面内的侧向力进行抵抗，楼板自身平面内刚度无限大，而平面外刚度与楼板平面外刚度较小，在实际计算过程中可以忽略不计。在水平荷载分配方面，按照各剪力墙刚度将总水平荷载分配至每一片墙，进而对剪力墙的内力进行分片计算。在竖向荷载分配方面，剪力墙主要承受来自结构自重和楼面的竖向荷载，竖向荷载在连梁内产生弯矩，在墙肢内产生轴力。在具体计算过程中，按照每一片墙的承受荷载面积为依据，对竖向荷载进行计算。
4.2计算剪力墙正截面承载力
一级抗震等级剪力墙正截面承载力的计算过程中，应当控制好塑性铰的出现部位，按照墙底截面组合弯矩计算值对底部加强部位及其上一层的承载力进行计算和设计，按照墙肢组合弯矩计算值的2倍左右对其他部位承载力进行计算。
4.3剪力墙斜截面承载力计算
在高层建筑工程框支剪力墙结构设计中，采用调整系数增大器剪力设计值的方式对一二三抗震等级的剪力墙底部加强部位的承载力进行计算，若四级抗震等级及无地震作用组合的情况下，以剪力增大系数、地震作用组合的剪力墙墙肢加强部位截面剪力计算值等为主要依据，对剪力墙斜截面承载力进行计算。
4.4连梁设计
4.4.1连梁的破坏形态。若连梁跨高较大，连梁以受弯为主，梁端极易出现塑性铰，最终导致弯曲破坏。若连梁跨高不大，除梁端极易出现斜裂缝，一旦截面剪应力过大，极易出现剪切破坏，最终出现剪切破坏。
4.4.2连梁受力和变形特点。就受力特点来看，在竖向荷载作用下，连梁弯矩与剪力不大，在水平荷载下，连梁与墙肢相互作用产生较大的弯矩与剪力，并且约束弯矩与剪力在梁两端处于相反方向。就变形特点来看，在反弯作用下，梁的剪切变形较大，极易出现斜裂缝。而在反复荷载作用下，极易形成交叉裂缝，剪切破坏严重。
5结束语
总而言之，高层建筑工的框支剪力墙结构设计具有一定特殊性，其底部空间加大，有助于充分发挥高层建筑的使用功能，提高高层建筑工程的经济效益和社会效益。但框支剪力墙结构受力上存在一定不足，应当充分做好高层建筑工程的框支剪力墙结构设计工作，促进结构受力问题的有效解决，提高高层建筑的使用的安全性。
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