钢筋混凝土框架剪力墙结构设计分析

钢筋混凝土框架剪力墙结构设计分析

摘要：剪力墙结构作为建筑工程重要的结构体系，近年来以其诸多的优点在城市高层建筑中得到广泛的应用。本文结合工程应用实例，重点探讨了钢筋混凝土框架剪力墙结构设计工作，并采用法定软件对分析结果及参数进行验证，以供类似工程研究借鉴。

关键词：钢筋混凝土；剪力墙；结构体系；基础设计

随着我国城市化进程的不断加快，城市钢筋混凝土框架构筑的建筑物数量日益增加，对建筑物剪力墙结构的抗震性能也提出了更高的要求。剪力墙是近年来发展速度较快的一种结构体系，具有施工方面、工艺技术简单、整体性好、用钢量少和结构刚度大等优点，能够较好控制结构的水平力，承担各种荷载引起的内力，目前在城市高层建筑行业得到广泛的应用及推广。但剪力墙结构构造复杂，如果建设单位没有做好钢筋混凝土框架剪力墙结构的设计工作，就容易出现一些突发状况，特别是薄弱层刚度弱及承载力水平突变等情况，这不仅会影响到建筑工程抗震性能的发挥，而且也会给建筑的质量安全带来一定的安全隐患。因此，建设单位必须加强剪力墙结构设计工作的研究力度，采取必要的控制措施，并在确保安全的基础上对剪力墙结构进行优化设计，从而确保建筑的质量安全。

1 工程概况

某医院住院楼，地上10层，地下1层为设备机房和人防地下室等，1层为住院登记处和药房；2～10层为住院部，上部采用框架-剪力墙结构，基础采用桩伐联合基础。该地区属于7°抗震设计区，

结构进行抗震计算时采用的计算参数：抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第3组。场地类别为ⅱ类，场地特征周期为0.40s，结构阻尼比0.05，水平地震影响系数：多遇地震为0.13，罕遇地震0.72。场地类别及场地土类型：场地类别为ⅱ类场地土，场地为一般抗震地段。结构设计中如何在上述参数的控制下确定剪力墙数量、对薄弱层的采取加强措施、连梁超筋解决方法和基础计算等是设计中的关键问题。

2上部结构设计

2.1剪力墙合理数量的确定

剪力墙可以提高建筑物的抗震性能，在高层设计中，若设定的剪力墙数量多，地震灾害就会减轻，但剪力墙数量过多，结构刚度就会加大，这使得建筑物上部结构的内力加大，材料用量增大，同时剪力墙数量加大，框架承受的剪力减少，但为了保证框架安全，框架的设计标准仍不能降低，因此在高层设计中，如何选择剪力墙的数量，是一个值得关注的问题。根据文献3的要求，设定剪力墙数量时，通常采用经验公式（1）、（2）确定。

2.2对薄弱层的处理

2.2.1结构刚度、承载力突变采取的措施

因使用功能的要求，住院部楼在一层设置了1.5m的覆土层，用来解决给排水、供热通风管沟的布置，该层层高和其相邻的上下层高比较相差很大，属于《建筑抗震规范》（gb50011—2010）第3.4.3条划分的竖向不规则中的侧向刚度不规则和楼层承载力突变，为结

构的薄弱层；在4～5层之间设置了层高为2.2m的设备层，又因该楼的房屋长度较长，在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移大于平均值的1.2倍，属于《建筑抗震规范》第3。4.3条划分的平面不规则的扭转不规则。超限次数为4个，超出《建设部关于超限高层审查规定》超限次数不得超过3个的规定。一层出现薄弱层的因素是一层的抗侧刚度比上层小，变形集中出现在一层造成的，国标《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2010）规定，结构的上下层刚度之比按公式（5）确定。

γ=g2a2h1/g1a1h2≥1 （5）

式中，g2、g1为混凝土的剪切模量，和混凝土的强度等级有关，由《混凝土结构设计规范》（gb50010—2010）第4.1.5条计算确定；a2剪力墙和框架柱抗剪截面；由公式（5）可知，混凝土的强度等级越高，剪切模量越大；底层混凝土强度越高、抗剪截面越大，上下层刚度比越接近1.1层框架柱和剪力墙截面如图1所示，4～5层间楼层承载力如图2所示，经初步核算将一层的抗侧刚度比上层放大1.5倍，同时提高混凝土强度等级，上述问题迎刃而解。

3基础设计

《人民医院迁建工程岩土工程勘察报告》显示，勘察深度范围内自上而下依次为：1）杂填土，2）粉土层，3）砾砂层，4）粉土层，5）角砾层，6）泥岩层。拟建场地园砾层的层位稳定且承载力较高，故均选择园砾层作为持力层。基础形式：若采用桩伐联合基础，房屋的使用功能容易满足，施工周期短、施工方便，造价高。若采用

承台桩（构造底板），因房屋层数多，柱及剪力墙的内力大，局部布桩困难，施工难度大、周期长，造价低；综合考虑上述因素及建设单位对建设工期的要求，基础若采用桩伐联合基础。桩数按n/rsk 确定，n为上部结构总重量，由satwe计算，rsk为单桩承载力特征值，由《岩土工程勘察报告》提供的桩端阻力标准值按《桩基设计规范》第5.2.2、5.3.6条计算确定。筏板厚度本应按《混凝土结构设计规范》第6.5.1条确定，在进行基础计算之前，桩承担的竖向荷载是未知数，故按经验公式0.06n（n为房屋层数）确定筏板厚度。

因该楼高度大，在水平荷载作用下，基础的最大反力出现在边桩上，针对此，设计时增加边桩的数量及桩的截面。将桩数、筏板厚度、筏板混凝土强度等参数输入到中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》jccad（2008.7）计算，计算结果均满足使用要求。

本工程房屋长度较大，地下连为一体，为解决房屋的伸缩，在房屋中部设置一道伸缩后浇带。后浇带须待两侧砼浇注完两个月后再浇注。除设置后浇带外，还应加强构件水平向钢筋的配置、设外墙保温措施。

采用收缩小的水泥，减少水泥用量，在混凝土中加适量外加剂。混凝土低温入低温养护，使混凝土终凝时的温度尽量降低，减少水化热和收缩。浇筑墙、梁、板时，应采取分层散热浇筑的施工工艺，保温养护，不得提早拆模，避免混凝土过早失水。及时砌筑外维护

墙体，避免结构长期暴露，使建筑物主体结构构件受温度变化的影响降到最低，减少由于温度变化引起的温度裂缝的产生。

4计算

以上措施经采用中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》satwe（2008.7月版）试算，验证了上述设计思路是正确的。综合上述做法，采用多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》satwe（2008.7月版）计算，结果见表1～2。

5结语

综上所述，框架-剪力墙结构设计是一项系统性的工作，也是影响建筑工程抗震性能及质量安全的重要影响。因此，建设单位首先要确定好剪力墙数量，分析剪力墙结构中可能出现的薄弱环节，制定出一系列合理有效的控制措施，一旦发现问题应及时做好合理的处理，尽可能避免安全隐患的出现，从而确保剪力墙结构能够满足工程的需要。

参考文献

[1] 陈肇明.浅谈框架剪力墙结构设计[j].城市建设理论研究，2012年第19期

[2] 张建勋；谷军；张帆.框架剪力墙结构的概念设计要点分析[j].建筑设计管理，2011年第10期