叶晓华
北京建谊高能建筑设计研究院有限公司合肥分公司 安徽合肥 232001
摘要：框架——剪力墙结构的抗震性能比框架结构与剪力墙结构的抗震性能更强，能够发挥较强的抗侧力属性。该结构能够同时发挥框架结构与剪力墙结构的性能优势，十分适合高层建筑物的防震系统建设。本研究以某高层公寓楼为例，分析该结构的结构布置与框架设计，通过计算结果探究框架——剪力墙结构的实际效果。
关键词：高层公寓楼；框架——剪力墙；结构设计
引言：框架——剪力墙结构是将框架结构与剪力墙结构相结合的复合型结构，能够发挥出单一结构所不具备的优秀属性，在高层建筑、国家重要地点等建筑物的建设过程中发挥着重要的作用。本研究意在探究将该结构应用于我国高层公寓楼建筑的可行性，并对其实践过程提供理论与数据参考。
1 工程概况
本工程为高层公寓楼，地处某省会城市的繁华地带的正中心，占地面积共计36280m2。主楼包含两层地下结构，用作地下停车场。地下2层层高为4.00m，地下1层层高为6.90m；主楼包含30层地上结构，其中前三层为裙房，用作商业用途，每层层高5.40m；第4层及以上均为公寓，用以居住，4~9层层高为4.00m，10~30层层高为5.00m；室内外高度差为0.40m。主楼标准楼层的平面形状为长方形，长49.75m，宽33.85m，整体结构的总高度为195.20m。主体结构的防震烈度为8度，场地类别为II类，结构安全等级为二级。假设地震加速度为0.20g。
2 结构布置
2.1 平面布置
平面布置即建筑横向的结构设计，本工程的平面布置主要以框架——剪力墙布置为主要内容，且剪力墙的布置不具备统一性，根据不同楼层的不同结果做出针对性布置。根据上文所述的建筑结构来看，本工程为框架——剪力墙结构，出于抗震防震的目的，剪力墙应布置在横向结构的两个主轴方向上。发生地震时，楼体会承受较大的水平方向荷载，且表现出多方向、不规律的特点[1]。所以剪力墙的布置策略也应充分考虑不同方向的布置策略，在多个方向布置剪力墙，以提升楼体的水平受力荷载上限，加强整个楼体结构在横向结构上的刚度与受力水平。当两平面的关系是正交的时候，应将剪力墙布置在两个平面各自的主轴方向上，二者共同形成双向抗侧力体系[2]。这一体系是形成是本工程框架——剪力墙结构的核心设计内容，剪力墙是该结构中的主要抗侧力构件，如果剪力墙的安装是单向的，那么就必然导致建筑剪力墙结构缺乏水平向的抗侧力，且未在多个方向防止地震对楼体的英系那个。如果单向剪力墙结构承受了比较大的拉力，就会出现结构断裂的情况，使两主轴分别承受较大的刚度压力，产生结构的破裂。在水平方向布置剪力墙时需遵循“均匀、分散、对称、周边”这四个原则[3]。其具体含义为：（1）剪力墙应分布在建筑楼体的四周，合理调整剪力墙之间的关系保证布置设计的均匀，使各剪力墙之间相互起到抗扭的效果；（2）应在电梯间等固定荷载较大的位置布置剪力墙，确保该建筑结构与剪力墙之间的力传递关系；（3）在同一楼层的同一平面中，墙体的刚度应处于同一水平；（4）横纵向兼具的剪力墙结构应确保连接在一起，或采用有边框的剪力墙设计方案，加强剪力墙结构的整体刚度和抗扭性能；（5）剪力墙的数量与刚度应维持在能接受的范围中，过大的结构刚度会发生反效果，在本工程中，剪力墙底部在地震中的受力力矩与楼体结构在地震中的倾覆总力矩之间的比例应保持在10%~50%[4]。由此可见，双方向抗侧力体系是最适合该工程的框架——剪力墙结构布置策略。
2.2 纵向布置
该工程地上前三层为裙房，所以应将框架——剪力墙结构的纵向布置安排得更加简洁与规则。首先，纵向结构的设计应遵循“下大上小，依次递减”的原则，随着楼层的增高逐渐降低剪力墙的大小。为实现抗震防震目的，该工程应保证其侧向刚度不低于上一层侧向刚度的70%（或上三层刚度平均值的80%）。其次，纵向结构的布置应遵循“下刚上柔、依次变化”的原则，减少受力薄弱点的存在，利用调整剪力墙刚度或尺寸的方法调整结构刚度，使竖向刚度符合建筑标准。
3 框架设计
由于剪力墙底部在地震中的受力力矩与楼体结构在地震中的倾覆总力矩之间的比例应保持在10%~50%，轴压比限值为0.85。通过控制轴压比控制框架柱，合理设计前者与柱截面之间的关系，使各尺寸数值满足相关标准。本工程框架结构设计的中心思想为：将中间剪力墙与外围框架相连，在连接处建设连梁结构，并将该位置连梁的刚度适当降低，适当提升截面宽度、增大配筋，将该部位预设为地震受力中的薄弱部位。
4 主要计算结果
本工程的结构设计主要采用SATWE建筑结构分析软件进行计算。首先将结构阻尼比设定为0.05，地震周期折减系数取值为0.85。由基础分析可知，两层地下室的结构不符合标准的嵌固要求，地面上部的建筑结构分析计算以基础定位作为上部建筑结构的嵌固部位。
结构周期与振型：本部分的计算采取结构前三个周期作为主要内容，第一扭转周期与第一平动周期之间的比值为2.2472/2.5216=0.89＜0.90，结构抗扭刚度处于较高的水平，扭转作用下发生形变的幅度较小，符合建筑标准。
5 利用框架——剪力墙结构加强高层公寓楼抗震能力的措施
由上述计算结果推理可知，应采取以下措施提升高层公寓楼的抗震能力：
（1）高层公寓楼应调整剪力墙与框架柱的布置方式，以此控制层间位移角，保证角度符合建设标准，将整体结构的抗扭刚度保持在合理范围内。框架柱和剪力墙的布置策略能够有效降低结构底部的位移幅度；建筑上半部分的剪力墙侧向位移会逐渐变小，使建筑抵抗侧向拉力的能力达到最大化。
（2）设计与连梁结构相连的剪力墙抗震结构时应确保剪压比符合施工标准。在实际建设过程中应适当调整连梁的刚度，设定折减系数为0.5。如果折减系数不符合要求，则可在连梁建设中配合使用交叉斜筋，合理优化连梁配筋率。
（3）框架柱设计应注重提升外围截面尺寸，框架柱截面的尺寸较大时，框架梁的宽度就会相应变小，框架梁和柱中心线应该处于重合状态，避免出现偏心现象。当这种情况出现时应与建设单位积极协商，采取水平加腋等方法。
6 结语
本工程利用框架——剪力墙结构提升高层公寓楼的结构稳定性与防震性能，从结构周期与振型、位移比、层间位移角和层间位移比的方向探究其建设方法，对设计方法进行适当优化，提升建筑整体的防震与安全性能，保障我国人民群众的生命财产安全。
参考文献：
[1]姚丽华. 建筑施工中的框架剪力墙施工技术浅谈[J]. 城市建筑, 2019, 000(024):107.
[2]马肖彤、陆华、何妍亭、马艳. 基于性能的钢筋混凝土框架剪力墙结构地震易损性分析[J]. 地震工程学报, 2020, v.42(06):44-48.
[3]江韩, 赵学斐. 某超限高层框架-抗震墙结构方案优化设计与性能化分析[J]. 建筑结构, 2019, 049(010):1-5.
[4]朱传奇. 框架剪力墙结构建筑施工技术及实施要点探析[J]. 建筑与装饰, 2020, 000(009):143,148.