淺析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾個(gè)問(wèn)題

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摘 要： 剪力墻廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土房屋，本文通過(guò)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的討論， 加深對(duì)規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用的理解， 提出適用的構(gòu)造措施， 供技術(shù)人員在處理具體問(wèn)題時(shí)參考。 

關(guān)鍵詞： 延性； 邊緣構(gòu)造； 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)  前言  剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類(lèi)荷載引起的內(nèi)力， 并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力， 這種用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為剪力墻結(jié)構(gòu)，目前，這種結(jié)構(gòu)在高層房屋建設(shè)中被大量運(yùn)用。本文從剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念入手， 針對(duì)其特點(diǎn)的多樣性和復(fù)雜性， 分析了邊緣構(gòu)造、 結(jié)構(gòu)的厚度和配筋、 結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)等幾個(gè)問(wèn)題， 對(duì)規(guī)范具體條文中參數(shù)的合理運(yùn)用提出建議。  一.剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念  1．剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小， 幾何特征像板， 受力形態(tài)接近于柱， 而與柱的區(qū)別主要是其長(zhǎng)度與厚度的比值， 當(dāng)比值小于或等于4時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢長(zhǎng)與肢寬之比略大于 4 或略小于4時(shí)可視為為異形柱， 按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。  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(dān)豎向壓力； 在軸力， 彎矩， 剪力的復(fù)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(fēng)載下剪力墻除需滿(mǎn)足剛度強(qiáng)度要求外，還必須滿(mǎn)足非彈性變形反復(fù)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(jì)成延性彎曲型。  3．實(shí)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(yú)骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開(kāi)洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當(dāng)剪力墻墻肢較長(zhǎng)時(shí)， 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，提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計(jì)內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率；為避免斜壓破壞墻肢不能過(guò)小也不宜過(guò)長(zhǎng)， 以防止截面應(yīng)力相差過(guò)大。聯(lián)肢墻是由連梁連接起來(lái)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(dú)作用顯著， 連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn)要注意墻肢軸壓比限值。設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)， 應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點(diǎn)， 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(jì)配筋和構(gòu)造措施。  4．墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗(yàn)算。 當(dāng)受較大集中荷載作用時(shí)再增加對(duì)局部受壓承載力驗(yàn)算。 在剪力墻承載力計(jì)算中， 對(duì)帶翼墻的計(jì)算寬度按以下情況取其小值： 即①剪力墻之間的間距；②門(mén)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(zhǎng)度。  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(jí)抗震墻時(shí)墻的厚度應(yīng)≥160mm， 底部加強(qiáng)區(qū)宜≥200mm， 三、 四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)應(yīng)≥140mm， 豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。  二.剪力墻的邊緣構(gòu)造  1． 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差；計(jì)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(dòng)提高抗剪能力。從89規(guī)范開(kāi)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。  2．從 2002年開(kāi)始實(shí)施的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范， 根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型及受力狀況， 對(duì)剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強(qiáng)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(qiáng)部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類(lèi)?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗規(guī)） 規(guī)定抗震墻結(jié)構(gòu)、 部分框支抗震墻中落地剪力墻當(dāng)一、二級(jí)抗震時(shí)底部加強(qiáng)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(duì)于一般抗震墻結(jié)構(gòu)當(dāng)滿(mǎn)足墻肢軸壓比限值界線值時(shí)可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?！犊挂?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(shí)抗震墻的抗震等級(jí)和軸壓比界限值； 但根據(jù) 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)砼規(guī))11.7.14 條框架 - 剪力墻不受一、 二抗震等級(jí)限制， 凡底部加強(qiáng)區(qū)及其上一層當(dāng)不滿(mǎn)足軸壓比限界時(shí)則均應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。綜合分析 《抗規(guī)》 和 《砼規(guī)》 設(shè)計(jì)約束邊緣構(gòu)件時(shí)， 框剪結(jié)構(gòu)、 框支結(jié)構(gòu)、 框筒結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)嚴(yán)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)。  三．剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度和配筋問(wèn)題  1．根據(jù)《抗規(guī)》 6.1.2條規(guī)定， 8 度地震區(qū)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)至少應(yīng)為二級(jí)； 按 6.4.1 條要求剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚一、 二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)不宜小于 200mm， 且不小于層高的 1/16， 其他部位不小于 160mm， 當(dāng)墻端頭無(wú)翼墻或暗柱時(shí)不應(yīng)小于層高的 1/12。以上規(guī)定目的是為防止因墻體平面外剛度過(guò)小， 穩(wěn)定性差， 容易在偏心荷載作用下壓屈失穩(wěn)，但這些規(guī)定對(duì)于八度地震區(qū)的多層及低高層剪力墻結(jié)構(gòu)顯得不夠合理。例如5~15層的剪力墻結(jié)構(gòu)， 一般墻肢在重力荷載代表值作用下軸壓比都小于0.2， 電算結(jié)果墻體往往只需要構(gòu)造配筋， 但只因底部功能要求3.9m層高， 墻厚就得 240mm,若業(yè)主要求室內(nèi)視野開(kāi)闊， 不設(shè)外縱墻， 橫墻朝外端頭不允許帶翼墻或端柱時(shí)，當(dāng)層高3>5~4.2m時(shí)， 則墻厚需要320~350mm,顯然不合理。 所以不應(yīng)要求死扣規(guī)范， 而通過(guò)采用概念設(shè)計(jì)分析， 控制墻肢軸壓比， 進(jìn)行墻體截面條件、 強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算并在構(gòu)造上適當(dāng)加強(qiáng)暗柱或配筋， 保證其整體性連接等措施， 是可以使墻厚減小的。  2． 墻體的配筋率， 目前在 《砼規(guī)》 11.7.11 條強(qiáng)制規(guī)定在一、 二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻中，豎向和水平分布筋的最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%， 和國(guó)外的配筋率 0.1~0.25%的高者基本接軌， 這在高層或者較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的， 但對(duì)于低矮、 短小的剪力墻值得探討。  墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪切破壞， 同時(shí)起到抵抗溫度應(yīng)力防止砼出現(xiàn)裂縫， 設(shè)計(jì)中當(dāng)建筑物較高較長(zhǎng)或框剪結(jié)構(gòu)時(shí)配筋宜適當(dāng)增加，特別在連梁部位或溫度、 剛度變化等敏感部位宜適當(dāng)增加。 但對(duì)于矮、 短的房屋， 其水平筋的配筋率是否適當(dāng)減小值得探討。  墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中電算結(jié)果多為構(gòu)造配筋；但配筋時(shí)所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋，豎向最小配筋率應(yīng)該包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應(yīng)該盡量將鋼筋布置在≦ 墻端部邊緣區(qū)并保證鋼筋間距 300mm，也應(yīng)該注意防止豎筋過(guò)多使墻的抗彎強(qiáng)度大于抗剪強(qiáng)度， 對(duì)抗震不利。  四．剪力墻結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問(wèn)題  《砼規(guī)》 9.1.1條規(guī)定現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫最大間距當(dāng)在室內(nèi)或土中時(shí)為 45m， 露天時(shí)為30m;而現(xiàn)澆框架剪力墻或框架核心筒結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距可取 45~55m.規(guī)范的這一規(guī)定顯然與現(xiàn)今建筑的體量越來(lái)越大但功能又要求不設(shè)縫發(fā)生矛盾，過(guò)長(zhǎng)時(shí)應(yīng)該盡量設(shè)置溫度伸縮縫， 宜較嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定的限值， 理由如下：  1.剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大， 受溫差影響大， 混凝土的收縮、 徐變產(chǎn)生的變形大， 墻體對(duì)樓面、 屋面產(chǎn)生的約束也大； 當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮變形時(shí)比其他結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫。一些未超長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生墻體或樓面裂縫。  2.混凝土結(jié)構(gòu)受溫度或收縮徐變的影響與眾多因素有關(guān)； 而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復(fù)雜， 混凝土收縮大， 約束應(yīng)力積聚也大， 施工工藝及管理也難控制， 環(huán)境影響使用變化難于判斷， 因此更難于解決混凝土收縮變形時(shí)，在受約束條件下引起拉應(yīng)力而保證不出現(xiàn)裂縫。  3.普遍使用商品混凝土泵送施工， 為了泵送， 增大水泥用量， 減少了中粗骨料含量和骨料粒徑，加上泵送混凝土配合比和施工送料時(shí)的不良因素影響等都加大了結(jié)構(gòu)收縮量， 增加產(chǎn)生裂縫的因素。  綜上所述， 今后在處理超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)， 特別是處理超長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)要特別慎重；當(dāng)發(fā)生實(shí)在由于建筑使用功能要求不允許超長(zhǎng)建筑設(shè)永久縫時(shí)， 建議采用對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的方法給予處理。  結(jié)語(yǔ)  剪力墻廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土房屋， 除框架結(jié)構(gòu)外， 其余如抗震墻結(jié)構(gòu)、 框架一抗震墻結(jié)構(gòu)、 板柱一抗震墻結(jié)構(gòu)、 筒體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系均與剪力墻有關(guān)， 所以在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)問(wèn)題深入了解， 以合理的進(jìn)行鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)綜合性很強(qiáng)， 涉及到的內(nèi)容繁多而復(fù)雜。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重把握結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行概念分析， 并采取適用的構(gòu)造措施， 力爭(zhēng)做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步， 安全與適用協(xié)調(diào)。