關(guān)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

1、<p>　　關(guān)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討</p><p>　　摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主要結(jié)構(gòu)形式，是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)，被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代高層建筑。本文結(jié)合具體設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: Shear wall struct

2、ure as the main structure in high-rise buildings, the shear wall structure is a special construction to adapt to the requirements of form and is widely used in modern high-rise buildings. In this paper, it is combined wi

3、th specific examples of design of shear wall structure design. </p><p>　　Key words: high-rise building; shear wall; structural design; </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　前言

4、：相相比框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)既可以包管結(jié)構(gòu)安全可靠性，又可以讓室內(nèi)空間合理、墻面平整，因此高層建筑結(jié)構(gòu)中越來(lái)越多地采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結(jié)構(gòu)，但比框剪結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)使得的豎向位移差異，也比框剪結(jié)構(gòu)小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。 </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　某工程由

5、9棟18～23層建筑組成。其中l(wèi)號(hào)樓為23層，總高度72m，平面圖如下： </p><p>　?。?剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置及概念設(shè)計(jì) </p><p>　　2003年后，新規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5001l一2001(以下簡(jiǎn)稱抗震規(guī)范)及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3—2002(以下簡(jiǎn)稱高規(guī))頒布實(shí)施，2008年汶川I地震之后，又出了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2001(2

6、008版)。新規(guī)范對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定更為嚴(yán)格和詳細(xì)。 </p><p>　　新規(guī)范將剪力墻邊緣構(gòu)件分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件，并對(duì)短肢剪力墻做了更嚴(yán)格的限制。所謂短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5-8的剪力墻，一般剪力墻則是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。從平面出可以看出，作者在本工程中，基本都采用的是一般剪力墻，只有在極個(gè)別地方才出現(xiàn)少數(shù)短肢剪力墻，從而初步保證了建筑物的抗震性能。 </

7、p><p>　　抗震規(guī)范中規(guī)定，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑，彈性層問(wèn)位移角限值為1／1000。要滿足這點(diǎn)要求，就必須保證建筑物有一定的側(cè)向剛度，這就要求抗震墻的面積有一定的保證。在本設(shè)計(jì)中，為了做到安全和經(jīng)濟(jì)，作者將其樓層層間最大位移與層高之比控制在1／1100～1／1200之間。在平面布置剪力墻時(shí)，將底部剪力墻截面總面積與樓面面積之比控制在6-8％，剪力墻的體積與總建筑面積之比大約在16～20％。主要布置原則，建筑

8、物四角及核心筒加強(qiáng)布置，其余剪力墻結(jié)合建筑使用功能布置。剪力墻平面上分布力求均勻，使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，并通過(guò)改變墻肢長(zhǎng)度和連梁高度調(diào)整剛心位置。結(jié)合建筑平面，采用L，T，Z，十字形等截面形式，且翼緣長(zhǎng)度大于其厚度3倍。避免采用一字型剪力墻抗震性能較差。墻肢之問(wèn)的梁凈跨不大于6．0m，這樣梁高也控制在500以內(nèi)，不影響室內(nèi)凈高。在底部加強(qiáng)區(qū)，為滿足“簡(jiǎn)體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總

9、底部地震傾覆力矩的50％”的要求，大部分墻肢截面高厚比大于8，使之成為一般剪力墻，非加強(qiáng)區(qū)則可視情況將墻肢長(zhǎng)度適當(dāng)減小或在墻肢上開小洞口。 </p><p>　　3 剪力墻墻肢截面厚度 </p><p>　　高規(guī)(JGJ3—2002)第7.2.2條第1～3款規(guī)定了剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能?，F(xiàn)將第1～3款的要求列表如下，見表1。 </p>

10、<p>　　對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，高規(guī)(JGJ3—2002)規(guī)定其抗震等級(jí)應(yīng)比表4.8.2規(guī)定的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用，本工程位于Ⅶ度區(qū)，故普通剪力墻的抗震等級(jí)為三級(jí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)。因底層層高較高，為5.1m，再考慮基礎(chǔ)承臺(tái)埋深，故底層普通剪力墻厚取為300mm。二，三層仍為底部加強(qiáng)區(qū)，綜合控制軸壓比考慮，墻厚取為250mm。四 ,六層大部分墻厚取200mm，個(gè)別短肢剪力墻及軸壓比較大的墻厚仍取250mm。七層樓面以上

11、墻厚統(tǒng)一為200mm。均能滿足規(guī)范要求。在布置剪力墻時(shí)，結(jié)合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用L，T，z，十字形等截面形式，且翼緣長(zhǎng)度大于其厚度的3倍，這樣，一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無(wú)肢長(zhǎng)度的1／20。 </p><p>　　對(duì)底層少數(shù)短肢剪力墻，底部加強(qiáng)區(qū)墻厚300ram仍小于1／16墻高度，則按高規(guī)(JGJ3—2002)附錄D驗(yàn)算墻體穩(wěn)定： </p><p&g

12、t;　　墻頂?shù)刃жQ向均布荷載設(shè)計(jì)值q應(yīng)滿足： </p><p>　　4約束邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì) </p><p>　　抗震規(guī)范(GB50011-2001)及高規(guī)(JGJ3—2002)規(guī)定，一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)計(jì)約束邊緣構(gòu)件，在陰影部分箍筋的體積配箍率P 按下式計(jì)算： </p><p>　　約束邊緣構(gòu)件最小體積配箍率見表2。 <

13、/p><p>　　箍筋或拉筋采用+10，肢距不大于250ram時(shí)，高規(guī)(JGJ32002)圖7.2.16所示陰影部分箍筋的體積配箍率見表3～5。 </p><p>　　本工程普通剪力墻為三級(jí)抗震，只須設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。部分短肢剪力墻為二級(jí)，在底層加強(qiáng)區(qū)必須設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對(duì)于剪力墻約束邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)非陰影部分的配箍，作者認(rèn)為不能簡(jiǎn)單將箍筋或拉筋間距取為陰影部分間距的2倍，即200mm和300

14、mm。因?yàn)榭拐鹨?guī)范(GB50011～200t)表6.4.8規(guī)定，一、二級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)部位構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋沿豎向最大間距為100mm和150mm。作為軸壓比更大的剪力墻約束邊緣構(gòu)件，其箍筋或拉筋的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不宜低于相同抗震等級(jí)構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。 </p><p>　　還需指出的是，為了充分發(fā)揮約束邊緣構(gòu)件的作用，箍筋的長(zhǎng)邊不宜大于短邊的3倍，且相鄰2個(gè)箍筋應(yīng)至少相互搭接1／3長(zhǎng)邊的距離。 </p>

15、<p>　　5 剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固 </p><p>　　邊緣構(gòu)件(包括端柱)并不是剪力墻墻身的支座，其本身是剪力墻的一部分，它與剪力墻墻身之間的連接不是不同構(gòu)件之間的連接，不能套用比如梁與柱連接的做法。剪力墻水平分布筋是用以抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力，是按整片墻肢進(jìn)行配置的，并未扣除邊緣構(gòu)件的長(zhǎng)度；而剪力墻邊緣構(gòu)件中箍筋的作用是約束混凝土，改善混凝土的受壓性能，使剪力墻在地震作用下具有

16、較好的延性和耗能能力，規(guī)范中并未明確考慮其抵抗水平剪力。兩者所起的作用不同，不宜混用。故在設(shè)計(jì)說(shuō)明中，作者明確必須將水平分布筋伸至墻肢端部，并垂直彎折15d(Ya端柱當(dāng)錨入長(zhǎng)度不小于1a或1ae時(shí)可不彎折)。 </p><p><b>　　6 連梁的配筋 </b></p><p>　　高層結(jié)構(gòu)中，連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低，對(duì)抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)

17、應(yīng)注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連粱的彎曲破壞先于剪切破壞。因此，不能人為加大連梁的縱筋，否則，可能無(wú)法滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。高規(guī)中推導(dǎo)出了連梁的縱筋最大配筋率和對(duì)應(yīng)的箍筋面積配箍率，作者認(rèn)為，其推導(dǎo)過(guò)程有值得商榷的地方，例如的表達(dá)式中應(yīng)為 ，修正后得抗震設(shè)計(jì)時(shí)的 和 如下： </p><p>　　跨高比大于2．5時(shí)： </p><p>　　跨高比不大于2．5時(shí)： </p&

18、gt;<p>　　另外，應(yīng)注意的是，認(rèn)為加大箍筋就能保證“強(qiáng)剪弱彎”是不正確的，當(dāng)連梁不滿足截面控制條件時(shí)，盲目增加配箍的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致箍筋充分發(fā)揮作用之前，連梁就己發(fā)生剪切破壞。根據(jù)高規(guī)(JGJ3—2002)第7.2.12和7.2.13條的公式可得出連梁的最大面積配箍率如下： </p><p>　　跨高比大于2.5時(shí)： </p><p>　　跨高比不大于2．5時(shí)： </p

19、><p>　　式中：——截面剪壓比，0．2(跨高比大于2．5時(shí))，0．15(跨高比不大于2．5時(shí)) </p><p>　　——混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，按高規(guī)qGJ3—2002)第6．2．6條的規(guī)定采用； 一連梁剪力增大系數(shù)，一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。 </p><p>　　本工程中連梁尺寸取為200x50Omm，經(jīng)驗(yàn)算，均可滿足要求。 </p>

20、<p><b>　　7 計(jì)算結(jié)果 </b></p><p>　　剪力墻布置完畢之后，經(jīng)中科院結(jié)構(gòu)軟件PKPM計(jì)算，建筑物的彈性層間位移角為l／1105，各剪力墻軸壓比在0.3～ 0.6之間，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一周期之LL4,于0.9，最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.3，符合規(guī)范各項(xiàng)要求。從而在安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面都達(dá)到要求。 </p><p>&l