哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨 150090
摘要：经济的不断发展，加速了城市化的进程，建筑工程的需求量也逐年攀升。建筑数量的增加让城市土地资源逐渐紧张。高层建筑能够有效解决城市土地资源紧张的问题。建筑向上拓展需要考虑抗震抗倾覆问题，人们对生活舒适度和生活环境都提出了较高的要求。本文就高层框架剪力墙结构抗震设计展开探讨。
关键词：高层；剪力墙；抗震；设计
引言
框架剪力墙是在原有建筑框架结构中增设一定数量的钢筋混凝土剪力墙，与框架结构形成一个承受建筑主体结构水平力与竖向力的受力体系。近年来，城市高层建筑数量逐年递增，为保障建筑主体结构的安全性能，提升建筑物的抗震性能，施工单位将框架剪力墙结构的施工技术引入建筑施工中，获得了较为理想的应用效果。
1高层剪力墙结构抗震性能标准
在对高层剪力墙结构进行分析时需要考虑到其不规则性的特点，高层剪力墙结构的平面凸凹、楼板连续以及扭转位移比均能够满足规范要求的条件下，竖向侧向刚度、抗侧力以及楼层承载力均能够满足规范的要求。剪力墙的结构高度可以按照高度规范的规定来判定高度结构等级，通过计算结构等效高宽比能够得出高层剪力墙结构高宽与规范限值之间的关系。结合《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》与高层建筑工程设计要点，能够确定结构抗震性能的目标。考虑到高层剪力墙结构的高宽较大，为确保整体结构的抗倾覆性能，设计中增加了中震情况下的桩性能目标，同时也需要补充中震情况下地步加强区的剪力墙抗拉力分析。高层剪力墙的结构抗震性能分析要结合大高宽结构在地震中的性能状态，对不同地震情况下的高层剪力墙结构进行抗震性能的分析。
2框架剪力墙结构与特征
框架剪力墙主要由2个单元结构组成，即框架与剪力墙抗侧力单元，这两个单元结构的受力特点与形变特征存在较大区别。当剪力墙发生形变时，往往表现出弯曲性特点；而框架发生形变时，往往表现为剪切类型。框架剪力墙结构能够保证建筑主体结构灵活自如布置，建筑使用空间明显增大。在施工过程中，建筑物主体结构产生的绝大部分水平力均由剪力墙体承担，而建筑物施加的竖向荷载力均由框架结构承担，使得竖向力与水平力均衡分配。当建筑主体结构竣工以后，整体结构的受力状况更趋于科学合理。同时，由于剪力墙的位置只存在于框架结构的局部区域，这就给现场施工带来了诸多便利条件，尤其在分割空间时，更易于操作。此外，由框架与剪力墙共同组成的受力结构抗侧移刚度较强，因此，应用该结构的建筑物具有优良的抗震性能，抵御外界破坏力的能力较强。
3高层剪力墙结构抗震设计的技术要点
3.1框架抗震性能的优化
第一，注重框架结构角柱的增强。在连接横纵框架的时候，角柱非常关键，如果能够增强角柱的抗剪性能，就可以对应增强框架结构整体性，这样就可以改善其框架的抗震性能。第二，针对偏交斜撑等辅助性构件的使用，或是利用弯曲能耗直接取代轴变耗能方式，都能有效改善框架的抗震性能，并且折曲支撑还能够利用钢纤维混凝土杆的制备，其偏心连接支撑材料主要是通过钢杆或者是劲性钢筋混凝土杆。第三，在外围的框架平面上做好钢筋混凝土剪力墙墙板的添加操作，可以规避框架剪力滞后的问题，并且可以实现其刚度与整体性的改善，控制结构侧向移动幅度。特别是需要减小层间位置，其主要包含了k或x形支撑，当然还要采取合理有效的措施避免发生延性降低的问题；当出现了严重地震灾害的时候，不仅可以利用辅助性构件，让框架先行屈服或者出现形变而消耗地震能量，进而降低地震带来的危害，同时在辅助性构件变形失效之后，在稳定体系层面上就会明显改善其整体结构，进而让建筑的自振周期出现明显的变化，这样就可以规避地震灾害引发的共振效应。
3.2小震反应谱及弹性时程分析
采用YJK和ETABS两款软件对小震的反应谱进行计算和对比分析，计算结果见表所示，采用YJK软件对弹性时程进行同步分析，选择5条天然波和2条人工波进行分析能够得出结构在小震中的层间位移角数值。从数值中能够得出在小震的情况下反应谱法与多波时程的平均值计算出结构的层间位移角都能够满足1/1000这一限值要求，结构的周期符合规范的要求进一步说明了构建截面的取值属于合理范围。
3.3中震弹性分析
依据对性能的设计要求，针对建筑的结构开展中震弹性分析，剪力墙与框架柱受剪承载力依据中震的弹性标准进行设计，剪力墙的受弯承载力则根据中震不屈服进行设计。使用SATWE计算软件进行计算，考虑中震弹性设计的最高影响系数，取αmax=0.12，并保留荷载分项系数与材料分项系数，但不需要考虑结构抗震内力的调整系数、增大系数，以及承载力的抗震调整系数γRE。在设计中震不屈服时，最大影响的系数依据中震进行考虑，材料与荷载的分项系数为1.0，钢筋与混凝土使用强度标准值。
3.3大震静力弹塑性分析
通过分析结构的静力弹塑性来对结构在大震的情况下的性能状态进行分析，推覆载荷模型为CQC，分别沿着0°、90°、180°、270°四个方向进行推覆分析，得出高层剪力墙结构的整体剪力比与层间位移角，可以得出结构大震与小震基底剪力比值在3左右。同时也可以得出高层剪力墙的结构的中下部塑性铰发展更为明显，这说明高层剪力墙的大高宽结构中底部倾覆弯矩的受理影响更为明显，为提升强震情况下的高层剪力墙抗震性能，应当对底部剪力墙进行延性和加强设计。
3.4剪力墙抗震能力的提高
第一，合理规划墙肢面积，也就是将墙肢面积减小，通过机构形式直接构成双肢墙或者多肢墙，严格控制裂缝与屈服部位出现在结构竖缝与洞口连梁位置，进而构成耗能结构。这种模式的剪力墙会降低刚度，当地震灾害出现的时候可避免出现剪切破坏或者底部墙体过早屈服的现象，以此减少灾害带来的影响。第二，在设计高层剪力墙结构的时候，还需要添加梁柱结构构件，这样就可以形成边框剪力墙，如此也可以规避斜向裂缝扩展到相邻结构的问题。另外，还可以在剪力墙被严重破坏之后发挥其承载作用。当然，前提条件是边框结构本身拥有斜截面的承载性能，这样才能在出现剪力墙开裂事故之后对梁柱所形成的附加剪应力产生抵御作用，达到预期的抗震效果，提升其对应的剪力墙抗震性能。
结语
高层建筑主体结构复杂多变，施工作业风险高，而框架剪力墙结构施工技术的广泛应用，不仅有效解决了施工难度大、混凝土浇筑困难的实际问题，而且竣工后的建筑主体结构具有良好的抗震性能。设计人员要重点关注高层剪力墙结构抗震性能的应用分析，在实际的设计环节通过多方的论证，与建筑实际情况和对应的设计要求相互结合，进行科学合理的分析，以推动剪力墙结构设计技术的可持续发展，同时让建筑事业获取更大的成就。
参考文献
[1]王艳芳，刘锋，王勇．某超限高层住宅抗震设计[J]．四川建筑，2019，39（04）：165-169．
[2]文元，张颖，牟达，等．大连港西区C03-3地块异形平面高层住宅结构设计[J]．建筑结构，2019，47（03）：56-61．
[3]范值慎．高地震烈度区高层剪力墙结构住宅的抗震性能设计研究[D]．北京建筑大学，2020．
[4]金雪峰，于彦召，黄春杏，等．某超限高层住宅型钢混凝土框架转换结构设计[J]．建筑结构，2019，49（05）：90-95．
[5]付国忠，陈泗瑶，徐亚飞，等．长沙某超限高层结构抗震设计与分析[J]．建筑结构，2019，49（S2）：264-268．