淺談剪力墻結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計

1、<p>　　淺談剪力墻結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計</p><p>　　摘要：根據(jù)規(guī)范，并結(jié)合個人體會，對剪力墻設(shè)計中的基本概念、邊緣構(gòu)造、連梁的設(shè)計等問題進行分析，淺談想法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：基本概念；邊緣構(gòu)造；連梁的設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A </p><p>　　城市的不斷發(fā)展使得高層建

2、筑應(yīng)運而生，隨著高層的發(fā)展，住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是剪力墻結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式。筆者結(jié)合自身體會表述如下，不足及謬誤之處還望批評指正。 </p><p>　　1 剪力墻設(shè)計中的基本概念 </p><p>　　1.1 剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板

3、，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其長度與厚度的比值，當比值小于或等于4 時可按柱設(shè)計，當墻肢長與肢寬之比略大于4 或略小于4時可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計。 </p><p>　　1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔豎向壓力；在軸力，彎矩，剪力的復合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外，

4、還必須滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計成延性彎曲型。 </p><p>　　1.3 實際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻: 整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂,當剪力墻墻肢較長時，在力作用下法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱,配筋應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端；為防止剪切破壞，

5、提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計內(nèi)力適當提高或加大配筋率；為避免斜壓破壞墻肢不能過小也不宜過長，以防止截面應(yīng)力相差過大。 </p><p>　　聯(lián)肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨作用顯著，連梁中部出現(xiàn)反彎點要注意墻肢軸壓比限值。 </p><p>　　壁式框架：當剪力墻開洞過大時形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內(nèi)力作用

6、下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點，墻已類似框架的受力特點，因此計算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。 </p><p>　　綜上所述，設(shè)計剪力墻時，應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點，不同的受力特征，墻體內(nèi)力分布狀態(tài)并結(jié)合其破壞形態(tài)，合理地考慮設(shè)計配筋和構(gòu)造措施。 </p><p>　　1.4 墻的設(shè)計計算是考慮水平和豎向作用下進行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中

7、荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中，對帶翼墻的計算寬度按以下情況取其小值：即①剪力墻之間的間距；②門窗洞口之間的翼緣寬度；③墻肢總高度的1/10；④剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6 倍的長度。 </p><p>　　1.5 為了保證墻體的穩(wěn)定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規(guī)范要求一、二級抗震墻時墻的厚度應(yīng)≥160mm，底部加強區(qū)宜≥200mm，三、四級抗震等級時應(yīng)≥14

8、0mm，豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。 </p><p>　　以上所述的剪力墻設(shè)計中的概念問題可能絕大部分設(shè)計人員都懂，但實際應(yīng)用到工程設(shè)計中，施工圖紙表達出來的東西有時則存在很大差別，追究原因，許多是與具體的構(gòu)造處理有關(guān)，因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。 </p><p>　　2 剪力墻的邊緣構(gòu)造 </p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)試驗表明矩形截面剪力墻的延性

9、比工字形或槽形截面剪力墻差；計算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性；因此在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動提高抗剪能力。從89 規(guī)范開始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻（柱）、轉(zhuǎn)角墻（柱），也就是目前規(guī)范中的約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件的抗震措施。 </p><p>　　2.2 對規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門的設(shè)計。有人將每一軸線的墻理解為一片墻

10、僅在端墻設(shè)暗柱，有人將凡是拐角或洞口邊都設(shè)暗柱，而即使是公開發(fā)表出版的權(quán)威參考書或設(shè)計手冊對暗柱（翼墻柱）的截面取值也出現(xiàn)了以下三種不同尺寸，因此造成配筋的差別很大，甚至相同的資料由于出版的時間不同，對規(guī)范的理解也有所不同。 </p><p>　　2.3 從2002 年開始實施的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及受力狀況，對剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求分為約

11、束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。 </p><p>　　“抗規(guī)”GB50011-2001 規(guī)定抗震墻結(jié)構(gòu)、部分框支抗震墻中落地剪力墻當一、二級抗震時底部加強部位及相鄰的上一層均應(yīng)按要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；但對于一般抗震墻結(jié)構(gòu)（除部分框支墻外）當滿足墻肢軸壓比限值界線值時可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?！翱挂?guī)”未明確框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻需設(shè)置約束邊緣構(gòu)件時抗震墻的抗震等級和軸壓比界限值；但根據(jù)混凝土規(guī)范11.7.14

12、 條筆者理解框架- 剪力墻不受一、二抗震等級限制，凡底部加強區(qū)及其上一層當不滿足軸壓比限界時則均應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。綜合分析“抗規(guī)”、“砼規(guī)”和“高規(guī)”設(shè)計約束邊緣構(gòu)件時，框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)嚴于一般剪力墻結(jié)構(gòu)，因此規(guī)范要求的條件也就多了一些，設(shè)計中應(yīng)引起注意。由于各規(guī)范標準的的編寫出版、發(fā)布、實施的時間不同，加上編寫人認識上的差別，各規(guī)范在一些條文內(nèi)容上還存在不協(xié)調(diào)和不一致的地方。在此必須指出設(shè)計中不但要復核短墻肢軸壓比

13、，也要復核長墻肢的軸壓比：抗震墻結(jié)構(gòu)中，當層數(shù)在15 層以內(nèi)時其墻肢軸壓比一般都小于0.2，所以一般除9 度地震區(qū)外，都可以不設(shè)約束邊緣構(gòu)件（高層底部加強區(qū)除外），只需設(shè)計構(gòu)造邊緣構(gòu)件，不少設(shè)計都忽</p><p>　　3 剪力墻連梁的設(shè)計 </p><p>　　3.1 關(guān)于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)

14、裂縫，剛度減弱，內(nèi)力重分布。因此在開始進行結(jié)構(gòu)整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》第417 條規(guī)定“: 在內(nèi)力與位移計算中,所有構(gòu)件均可采用彈性剛度,在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁的剛度可予以折減,折減系數(shù)不應(yīng)小于0.55?！币话阍趯嶋H設(shè)計中我們在0.55—1 之間取值，以符合截面設(shè)計的要求。 </p><p>　　3.2 加連梁跨度減少高度。在連梁設(shè)計中,剛度折減后,仍可

15、能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況, 這時可以增加洞口的寬度,以減少連梁剛度。減少了結(jié)構(gòu)的整體剛度,也就減少了地震作用的影響,使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限,則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來解決。調(diào)整的幅度不宜大于20%,且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。 </p><p>　　3.3 增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度,其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增

16、加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　3.4 提高混凝土等級?；炷恋燃壧岣吆?，結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　3.5 地震區(qū)高層建筑的剪力墻

17、連梁,在進行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強剪弱彎”的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時，如果不能保證連梁在大震時的延性要求，應(yīng)重新計算整個結(jié)構(gòu)，必要時調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使連梁的承載力符合要求。 </p><p>　　上述各種措施中，在能滿足整體剛度的情況下，可先采用剛度折減，如仍超限可采用其余各種措施。 </p><p>　　3 剪力墻混

18、凝土裂縫控制措施 </p><p>　　對于澆筑混凝土的工作來說，裂縫的控制是一個比較麻煩的問題，施工過程中首先要考慮干縮裂縫，另外要控制混凝土的溫度裂縫，混凝土表面的溫度和大氣的溫度之間要滿足一系列規(guī)定的要求的，所以依靠模板的保溫使轉(zhuǎn)換梁不出現(xiàn)溫度裂縫。對于干縮裂縫的控制我們應(yīng)該采取從原材料到施工再到養(yǎng)護等一系列的措施進行解決的。通常我們可以采取一下幾點措施： </p><p>　　(1

19、)在混凝土內(nèi)摻和水泥的UEAH 膨脹劑，這樣可以補償混凝土凝結(jié)時的收縮。 </p><p>　　(2)為了避免溫度裂縫出現(xiàn)，可以在混凝土中加如適量的減水劑，降低水化熱。 </p><p>　　(3)在施工中應(yīng)該在滿足泵送的基礎(chǔ)上盡量用小值，對混凝土坍落度進行現(xiàn)場的實測。 </p><p>　　(4)加強養(yǎng)護措施方面，混凝土澆筑后，在表面鋪上一定數(shù)量的麻袋，使其保持濕

20、潤。對于大梁的側(cè)模也應(yīng)該注意保水的工作，在大梁的澆筑完成后的3d之中是不允許拆側(cè)模的，在混凝土的表面保持濕潤。且保證混凝土在養(yǎng)護期的14d中處于濕潤的狀態(tài)。 </p><p><b>　　4 結(jié)語 </b></p><p>　　正確地運用結(jié)構(gòu)受力的基本概念要求進行方案布置，在重視定性分析判斷的前提下選用合適的設(shè)計軟件及構(gòu)建與之相適應(yīng)的模型進行結(jié)構(gòu)計算，才是正確的設(shè)計方