剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討

1、<p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討</p><p>　　提要：針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，探討了剪力墻的結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算及技術(shù)構(gòu)造措施中的一些問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；小墻肢；連梁；邊緣構(gòu)件 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　目前，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)正廣

2、泛地應(yīng)用于多高層住宅設(shè)計(jì)中，筆者依據(jù)有關(guān)規(guī)范并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)幾個(gè)問題進(jìn)行了一些探討，可供同行們參考。 </p><p>　　一.大底盤結(jié)構(gòu) 地上為單棟或多棟高層建筑地下為較大面積車庫 </p><p>　　由于城市發(fā)展速度較快，機(jī)動(dòng)車輛越來越多，為了滿足大量停車的需求，很多新建建筑物不得不將大面積停車場轉(zhuǎn)入地下，現(xiàn)代建筑從功能和使用上又要求地下停車場與主樓部分連成一片，形成大底盤建筑。

3、</p><p>　　大底盤結(jié)構(gòu)中高層建筑部分的嵌固部位 </p><p>　　按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下一層與首層側(cè)向剛度比不宜小于2。一般帶有地下室的普通高層建筑比較容易滿足剛度比的要求。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，由于本身上部框架的剛度就較小，比較容易滿足剛度比的要求，按嵌固部位設(shè)計(jì)的地下室頂板在地

4、震過程中也可以起到相應(yīng)的嵌固作用；但是對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，由于剪力墻本身的剛度很大，地下室部分的墻體由于使用上的要求往往要設(shè)置較大的洞口，使地下室的墻體數(shù)量有所減少，導(dǎo)致上下兩層的側(cè)向剛度比不能滿足規(guī)范的要求，以致地下室的頂板不能起到上部結(jié)構(gòu)的嵌固作用，這種情況下結(jié)構(gòu)的嵌固作用應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)頂面。 </p><p>　　基礎(chǔ)底板的構(gòu)造要求 </p><p>　　一般大底盤結(jié)構(gòu)建筑物中高層

5、部分的基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，車庫部分采用帶防水板的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。這兩種基礎(chǔ)之間通常設(shè)置沉降后澆帶。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）中規(guī)定：當(dāng)高層建筑與相連的裙房之間不設(shè)置沉降縫時(shí)，宜在裙房一側(cè)設(shè)置用于控制沉降差的后澆帶，當(dāng)沉降實(shí)測值和計(jì)算值確定的后期沉降差滿足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行后澆帶混凝土澆筑。當(dāng)高層建筑基礎(chǔ)面積 滿足地基承載力和變形要求時(shí)，后澆帶宜設(shè)在與高層建筑相鄰裙房的第一跨內(nèi)。 </p><p

6、><b>　　二.結(jié)構(gòu)布置 </b></p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)中豎向荷載、水平地震作用和風(fēng)荷載都由鋼筋混凝土剪力墻承受，所以剪力墻的布置應(yīng)在滿足建筑使用要求的前提下，沿結(jié)構(gòu)的主要軸線，盡可能的規(guī)則拉通對(duì)稱布置。既要考慮便于梁板等承擔(dān)豎向荷載的構(gòu)件的布置，又要盡量使結(jié)構(gòu)剛度對(duì)稱，減少偏心，從而減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。同時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： </p><p>

7、　　1．避免出現(xiàn)一字形短肢剪力墻 </p><p>　　《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中規(guī)定：“不宜采用一字形短肢剪力墻，不宜在一字形短肢剪力墻上布置平面外與之相交的單側(cè)樓面梁?！币坏┏霈F(xiàn)上述情況，對(duì)墻肢軸壓比、配筋等都有嚴(yán)格的限制，設(shè)計(jì)施工都比較困難。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一字形短肢剪力墻基本上可以通過合并洞口等方法消除?；蚝侠聿贾眉袅Γ挂蛔中味讨袅Τ蔀閴w翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于一字形短

8、肢剪力墻，僅需適當(dāng)加強(qiáng)配筋即可。 </p><p>　　2．謹(jǐn)慎采用短肢剪力墻 </p><p>　　近年來興起的短肢剪力墻，既有利于建筑的靈活布置，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，比較受業(yè)主歡迎。但由于其抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）對(duì)短肢剪力墻作了較嚴(yán)格的規(guī)定。幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，短肢剪力墻并不具有經(jīng)濟(jì)性。因此，筆者個(gè)人認(rèn)為，

9、除非在建筑功能有特殊要求的情況下，盡量不要使用短肢剪力墻。設(shè)計(jì)中，可適當(dāng)加長墻肢尺寸，滿足普通剪力墻高厚比大于8的要求，不僅構(gòu)件受力更為合理，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。 </p><p>　　3．單片剪力墻剛度不宜過大 </p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，細(xì)高的剪力墻（高寬比大于2）容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。此外，單片剪力墻剛度過大，承擔(dān)的水平力

10、份額較大，不僅設(shè)計(jì)困難，而且一旦破壞就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。同時(shí)，墻段長度較小時(shí)，墻體的配筋能夠充分的發(fā)揮作用，因此，墻段的長度不宜大于8m。設(shè)計(jì)中，可通過開設(shè)結(jié)構(gòu)洞口將長墻分成長度較小的若干段，洞口連梁宜采用弱連梁（跨高比宜大于6）。 </p><p>　　4．剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度不宜過大 </p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)剛度很大，一般來說周期較短，相應(yīng)地震力較大，如果剪力墻結(jié)構(gòu)剛度過大，不僅

11、材料消耗多，不經(jīng)濟(jì)，而且，地震力過大會(huì)使部分墻肢和連梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面設(shè)計(jì)困難。一般宜控制使剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度能滿足位移限值要求即可。設(shè)計(jì)中，可通過減薄墻厚、降低混凝土強(qiáng)度、加大洞口、減小連梁高度、窗下墻改用填充墻等措施來調(diào)整其剛度。 </p><p>　　5．墻體分布鋼筋配筋率，目前在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)強(qiáng)制規(guī)定

12、在一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻中，豎向及 </p><p>　　水平鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.25％，部分框支剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋率不應(yīng)小于0.3％。從墻體構(gòu)件本身的受力特性分析，較規(guī)則的純剪力墻結(jié)構(gòu)，墻肢一般屬于偏壓構(gòu)件，并僅考慮平面內(nèi)水平受力，受力筋集中以暗柱的形式置于端部，豎向筋分布筋僅須構(gòu)造配置并與水平筋一起約束墻體裂縫，水平筋起抗剪作用。因此，對(duì)于計(jì)算中顯示的僅需構(gòu)造配置的分布筋配筋率不宜放的太大

13、，以免造成浪費(fèi)。 </p><p><b>　　三.結(jié)構(gòu)電算 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)電算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要步驟。輸入信息的準(zhǔn)確與否，直接影響計(jì)算結(jié)，果的正確性，尤其是某些數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度影響較大，隨之會(huì)影響到地震作用的大小，若電算模型不能反映真實(shí)情況，可能會(huì)造成計(jì)算結(jié)果失真，甚至?xí)斐膳浣畈蛔愕奈ｋU(xiǎn)。同時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析判斷同樣重要，通過對(duì)輸出信息文件

14、的分析，可判斷出結(jié)構(gòu)方案是否合理，輸入信息是否準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果是否可用等，從而通過調(diào)整使設(shè)計(jì)趨于合理。結(jié)構(gòu)電算時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： </p><p>　　1．計(jì)算簡圖要準(zhǔn)確 </p><p>　　電算的計(jì)算簡圖應(yīng)與實(shí)際施工圖一致，主要為剪力墻開洞大小、門窗洞口位置、剪力墻長度、剪力墻厚度、計(jì)算高度等。此外，輸入的簡化構(gòu)件模型應(yīng)與實(shí)際受力情況相符，例如：長寬比小于4的獨(dú)立小墻肢應(yīng)按異型柱輸入

15、；跨高比大于5的連梁應(yīng)按普通梁輸入；連梁應(yīng)按剪力墻開洞輸入；普通梁應(yīng)按墻肢加梁輸入等。 </p><p>　　2．總信息中一些參數(shù)的選取要準(zhǔn)確 </p><p>　　混凝土構(gòu)件容重，考慮裝飾荷載后，取27~28KN/m3較為合適。 </p><p>　　振型數(shù)在考慮平扭藕連計(jì)算時(shí)，不應(yīng)小于15，且應(yīng)滿足“振型參與質(zhì)量系數(shù)”的要求。 </p><p

16、>　　周期折減系數(shù)應(yīng)根據(jù)填充墻的數(shù)量、材質(zhì)，采用0.85~0.95。 </p><p>　　連梁剛度折減系數(shù)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中規(guī)定：連梁折減系數(shù)不宜小于0.5. </p><p>　　3．對(duì)計(jì)算結(jié)果的判斷 </p><p>　　周期：計(jì)算出的結(jié)構(gòu)自振周期宏觀地反映了結(jié)構(gòu)的幾何特征和剛度性質(zhì)，正常情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)的基本自振

17、周期應(yīng)在（0.04~0.08）Ns范圍內(nèi)(Ns為結(jié)構(gòu)總層數(shù))。如果計(jì)算結(jié)果出入較大，可能有以下幾個(gè)原因：第一是結(jié)構(gòu)方案不合理，第二是輸入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，第三是計(jì)算程序不穩(wěn)定。 </p><p>　　應(yīng)根據(jù)總信息輸出中的剛重比數(shù)值，判斷是否需要考慮重力二階效應(yīng)。 </p><p>　　應(yīng)判斷剪重比是否符合有關(guān)規(guī)范要求。 </p><p>　　應(yīng)判斷位移及位移比是否滿足有關(guān)規(guī)

18、范的要求。 </p><p>　　應(yīng)判斷周期扭平比是否滿足有關(guān)規(guī)范的要求。 </p><p>　　檢查構(gòu)件配筋是否異常，有無超筋超限情況出現(xiàn)。 </p><p>　　四．連梁超筋超限時(shí)的調(diào)整方法 </p><p>　　剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于各種原因?qū)е逻B梁出現(xiàn)超筋超限現(xiàn)象，此時(shí)可用以下方法處理： </p><p>　

19、　1．將連梁截面高度減少，按普通連梁計(jì)算。 </p><p>　　2．將連梁的剛度折減系數(shù)調(diào)低，適當(dāng)增大墻體配筋。 </p><p>　　3．考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。 </p><p>　　五．約束邊緣構(gòu)件箍筋的設(shè)置 </p><p>　　《

20、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中將約束邊緣構(gòu)件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對(duì)于“陰影部分”規(guī)范中對(duì)豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設(shè)計(jì)中易于理解和執(zhí)行。但對(duì)于“非陰影部分”僅規(guī)定其箍筋配箍特征值為“陰影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿豎向的間距及豎向鋼筋應(yīng)如何配置并未做出具體規(guī)定，因此，目前在工程設(shè)計(jì)中做法比較混亂。筆者認(rèn)為，“非陰影部分”的箍筋或拉筋沿豎向的間距，一、二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)應(yīng)分別為不大于

21、100、150mm,即與“陰影部分”相同，最小直徑應(yīng)為8mm。設(shè)計(jì)時(shí)，可將“非陰影部分” 的計(jì)算箍筋或拉筋沿豎向的間距設(shè)為“陰影部分”箍筋或拉筋間距的兩倍，即200mm和300mm，另外設(shè)置構(gòu)造箍筋或拉筋使其間距滿足要求，既經(jīng)濟(jì)又便于設(shè)計(jì)及施工。而豎向鋼筋可在箍筋交叉點(diǎn)處按剪力墻豎向分布筋直徑設(shè)置。同時(shí)，還有一點(diǎn)應(yīng)注意，為了充分發(fā)揮約束邊緣構(gòu)件的作用，在剪力墻邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)，箍筋的長短邊之比不宜大于3，相鄰兩個(gè)箍筋之間宜相互搭接1/3箍

22、筋長邊的長度。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有很多需要注意的問題，也有一些技巧，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。由于水平有限，錯(cuò)誤之處難免，熱忱歡迎同行指出，以達(dá)到共同提高之目的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </