剪力墻結構設計中幾個問題的探討

1、<p>　　剪力墻結構設計中幾個問題的探討</p><p>　　提要：針對剪力墻結構的設計，探討了剪力墻的結構布置、結構計算及技術構造措施中的一些問題。 </p><p>　　關鍵詞：剪力墻結構；小墻肢；連梁；邊緣構件 </p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A </p><p>　　目前，鋼筋混凝土剪力墻結構正廣

2、泛地應用于多高層住宅設計中，筆者依據有關規(guī)范并結合設計經驗，對幾個問題進行了一些探討，可供同行們參考。 </p><p>　　一.大底盤結構 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，機動車輛越來越多，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>　　大底盤結構中高層建筑部分的嵌固部位 </p><p>　　按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）中規(guī)定，高層建筑結構整體計算中，當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地下一層與首層側向剛度比不宜小于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。對于框架結構，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，按嵌固部位設計的地下室頂板在地

4、震過程中也可以起到相應的嵌固作用；但是對于剪力墻結構的高層建筑，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置較大的洞口，使地下室的墻體數量有所減少，導致上下兩層的側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構的嵌固作用，這種情況下結構的嵌固作用應設在基礎頂面。 </p><p>　　基礎底板的構造要求 </p><p>　　一般大底盤結構建筑物中高層

5、部分的基礎采用筏板基礎，車庫部分采用帶防水板的柱下獨立基礎。這兩種基礎之間通常設置沉降后澆帶?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》（GB50007-2011）中規(guī)定：當高層建筑與相連的裙房之間不設置沉降縫時，宜在裙房一側設置用于控制沉降差的后澆帶，當沉降實測值和計算值確定的后期沉降差滿足設計要求后，方可進行后澆帶混凝土澆筑。當高層建筑基礎面積 滿足地基承載力和變形要求時，后澆帶宜設在與高層建筑相鄰裙房的第一跨內。 </p><p

6、><b>　　二.結構布置 </b></p><p>　　剪力墻結構中豎向荷載、水平地震作用和風荷載都由鋼筋混凝土剪力墻承受，所以剪力墻的布置應在滿足建筑使用要求的前提下，沿結構的主要軸線，盡可能的規(guī)則拉通對稱布置。既要考慮便于梁板等承擔豎向荷載的構件的布置，又要盡量使結構剛度對稱，減少偏心，從而減少扭轉效應的影響。同時，應注意以下幾個問題： </p><p>

7、　　1．避免出現(xiàn)一字形短肢剪力墻 </p><p>　　《高層建筑混凝土結構技術規(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樓面梁?！币坏┏霈F(xiàn)上述情況，對墻肢軸壓比、配筋等都有嚴格的限制，設計施工都比較困難。在實際設計中，一字形短肢剪力墻基本上可以通過合并洞口等方法消除。或合理布置剪力墻，使一字形短肢剪力墻成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于一字形短

8、肢剪力墻，僅需適當加強配筋即可。 </p><p>　　2．謹慎采用短肢剪力墻 </p><p>　　近年來興起的短肢剪力墻，既有利于建筑的靈活布置，又可進一步減輕結構自重，比較受業(yè)主歡迎。但由于其抗震性能較差，地震區(qū)應用經驗不多，為安全起見，《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）對短肢剪力墻作了較嚴格的規(guī)定。幾年的設計經驗表明，短肢剪力墻并不具有經濟性。因此，筆者個人認為，

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。設計中，可適當加長墻肢尺寸，滿足普通剪力墻高厚比大于8的要求，不僅構件受力更為合理，而且具有良好的經濟效果。 </p><p>　　3．單片剪力墻剛度不宜過大 </p><p>　　剪力墻結構應具有足夠的延性，細高的剪力墻（高寬比大于2）容易設計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，承擔的水平力

10、份額較大，不僅設計困難，而且一旦破壞就會出現(xiàn)嚴重的后果。同時，墻段長度較小時，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。設計中，可通過開設結構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．剪力墻結構整體剛度不宜過大 </p><p>　　剪力墻結構剛度很大，一般來說周期較短，相應地震力較大，如果剪力墻結構剛度過大，不僅

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

12、在一、二、三級抗震等級的剪力墻中，豎向及 </p><p>　　水平鋼筋的最小配筋率不應小于0.25％，部分框支剪力墻底部加強部位的配筋率不應小于0.3％。從墻體構件本身的受力特性分析，較規(guī)則的純剪力墻結構，墻肢一般屬于偏壓構件，并僅考慮平面內水平受力，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，對于計算中顯示的僅需構造配置的分布筋配筋率不宜放的太大

13、，以免造成浪費。 </p><p><b>　　三.結構電算 </b></p><p>　　結構電算是結構設計中的重要步驟。輸入信息的準確與否，直接影響計算結，果的正確性，尤其是某些數據對結構整體剛度影響較大，隨之會影響到地震作用的大小，若電算模型不能反映真實情況，可能會造成計算結果失真，甚至會造成配筋不足的危險。同時，對計算結果的分析判斷同樣重要，通過對輸出信息文件

14、的分析，可判斷出結構方案是否合理，輸入信息是否準確，計算結果是否可用等，從而通過調整使設計趨于合理。結構電算時應注意以下幾個問題： </p><p>　　1．計算簡圖要準確 </p><p>　　電算的計算簡圖應與實際施工圖一致，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、計算高度等。此外，輸入的簡化構件模型應與實際受力情況相符，例如：長寬比小于4的獨立小墻肢應按異型柱輸入

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

16、>　　周期折減系數應根據填充墻的數量、材質，采用0.85~0.95。 </p><p>　　連梁剛度折減系數，《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）中規(guī)定：連梁折減系數不宜小于0.5. </p><p>　　3．對計算結果的判斷 </p><p>　　周期：計算出的結構自振周期宏觀地反映了結構的幾何特征和剛度性質，正常情況下，剪力墻結構的基本自振

17、周期應在（0.04~0.08）Ns范圍內(Ns為結構總層數)。如果計算結果出入較大，可能有以下幾個原因：第一是結構方案不合理，第二是輸入數據錯誤，第三是計算程序不穩(wěn)定。 </p><p>　　應根據總信息輸出中的剛重比數值，判斷是否需要考慮重力二階效應。 </p><p>　　應判斷剪重比是否符合有關規(guī)范要求。 </p><p>　　應判斷位移及位移比是否滿足有關規(guī)

18、范的要求。 </p><p>　　應判斷周期扭平比是否滿足有關規(guī)范的要求。 </p><p>　　檢查構件配筋是否異常，有無超筋超限情況出現(xiàn)。 </p><p>　　四．連梁超筋超限時的調整方法 </p><p>　　剪力墻設計時，經常會由于各種原因導致連梁出現(xiàn)超筋超限現(xiàn)象，此時可用以下方法處理： </p><p>　

19、　1．將連梁截面高度減少，按普通連梁計算。 </p><p>　　2．將連梁的剛度折減系數調低，適當增大墻體配筋。 </p><p>　　3．考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的結構內力分析，墻肢按兩次計算所得的較大內力進行配筋設計。 </p><p>　　五．約束邊緣構件箍筋的設置 </p><p>　　《

20、建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）中將約束邊緣構件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對于“陰影部分”規(guī)范中對豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設計中易于理解和執(zhí)行。但對于“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如何配置并未做出具體規(guī)定，因此，目前在工程設計中做法比較混亂。筆者認為，“非陰影部分”的箍筋或拉筋沿豎向的間距，一、二級抗震等級時應分別為不大于

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

22、筋長邊的長度。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　剪力墻結構設計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，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優(yōu)秀作品。由于水平有限，錯誤之處難免，熱忱歡迎同行指出，以達到共同提高之目的。 </p><p><b>　　參考文獻 </