淺析框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的若干問題

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摘要：結(jié)合工作實(shí)際，介紹框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，簡單闡述該類工程的抗震設(shè)計(jì)及性能設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的流程，分析抗震設(shè)計(jì)存在的若干問題，對(duì)以后同類的工程設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)起到一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。 

關(guān)鍵詞：框支剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震  中圖分類號(hào)： s611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：  近年來我國房地產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，房地產(chǎn)商為節(jié)約成本提高經(jīng)濟(jì)效益，建筑高度不斷提升。2008年汶川地震后，國家對(duì)房地產(chǎn)業(yè)，提別是建筑抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步加強(qiáng)?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)是常見的抗震結(jié)構(gòu)，本文僅針對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)所面臨的若干問題做出簡單分析。  1 框支剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)  在剪力墻結(jié)構(gòu)中，不允許將全部或部分剪力墻設(shè)計(jì)成框支，必須要有一定數(shù)量的落地剪力墻，組成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，因此在概念設(shè)計(jì)上不允許出現(xiàn)全部框支剪力墻結(jié)構(gòu)。落地剪力墻可以彌補(bǔ)框支剪力墻的軟弱，抵抗大部分地震剪力、傾覆彎矩，確?？箓?cè)剛度相對(duì)很小的框支柱在地震作用及水平荷載下的安全，從而保避免整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震害。  經(jīng)過這些年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)談?wù)剬?duì)框支剪力墻概念設(shè)計(jì)的理解  （1）結(jié)構(gòu)平面布置要規(guī)則、對(duì)稱、建筑平面避免過大的凹槽、內(nèi)收及樓板大面積開洞以及抗震規(guī)范要求不允許出現(xiàn)的不規(guī)則平面。因?yàn)樵诘卣鹱鳟a(chǎn)生的水平力要靠樓蓋均勻地傳遞到各個(gè)豎向構(gòu)件（剪力墻、柱）上，如果樓板不連續(xù)、或則不規(guī)則，各個(gè)豎向構(gòu)件就會(huì)傳力不均,使其平面質(zhì)量中心與剛度中心不重合,使結(jié)構(gòu)繞剛心發(fā)生扭轉(zhuǎn),導(dǎo)致同層構(gòu)件同一方向上產(chǎn)生不同位移,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞,所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,必須對(duì)結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則扭轉(zhuǎn)問題提起足夠重視。  （2）除核心筒落地外，落地剪力墻的布置宜對(duì)稱、在滿足建筑使用要求的前提下盡可能使結(jié)構(gòu)平面外圍的上部剪力墻落地貫通，同時(shí)剪力墻的布置盡量使結(jié)構(gòu)剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì)心重合，增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移。  （3）控制轉(zhuǎn)換層上下樓層剛度比、及轉(zhuǎn)換層下部與上部的等效剛度。加強(qiáng)框支層剛度，要求轉(zhuǎn)換層及上、下樓層剛度基本均勻，使轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度接近，當(dāng)下部剛度不夠足時(shí)，可以適當(dāng)加大底部剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、厚度、增設(shè)剪力墻等。  《高規(guī)》規(guī)定當(dāng)?shù)撞恐挥?至2層框支層時(shí)，要求計(jì)算的轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時(shí)不應(yīng)小于0.4，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5；當(dāng)?shù)撞靠蛑釉谌龑蛹耙陨蠒r(shí)，要求計(jì)算的轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時(shí)不應(yīng)小于0.5，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.8。但是筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)人員不能以規(guī)范的最低要求控制，轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剛度比如果接近與1最好。  （4）加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部樓層，避免在轉(zhuǎn)換層以下出現(xiàn)薄弱層，增大落地剪力墻抗剪抗彎能力，同時(shí)控制框支柱的軸壓比，框支柱采用復(fù)合箍全高加密形式，來增強(qiáng)框支柱的延性變形能力。轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不能太高，否則混凝土構(gòu)件塑性能力差，抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及當(dāng)?shù)鼗炷翉?qiáng)度等級(jí)受限的前提下，可以采用芯柱或者加型鋼的辦法來提高軸壓比及延性性能的要求。  （5）轉(zhuǎn)換層上部宜少采用短肢剪力墻，盡量布置普通剪力墻，因?yàn)槎讨袅Φ目拐鸬燃?jí)要比普通剪力墻抗震等級(jí)高、抗震措施要求比普通剪力墻要求更嚴(yán)格，短肢剪力墻抗側(cè)能力也不及普通剪力墻，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)。  （6）盡量不要采取高位轉(zhuǎn)換或者更高位轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換層層數(shù)超過規(guī)范要求的層數(shù)時(shí))，轉(zhuǎn)換層以下層數(shù)越多抗震性能越不好，因?yàn)楦呶晦D(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量都較大的轉(zhuǎn)換層隨之升高，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)重心上移、剛心上移!不利于抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)。  （7）由于轉(zhuǎn)換層質(zhì)量大、剛度突變，除轉(zhuǎn)換層本層樓蓋加強(qiáng)外，設(shè)計(jì)上宜加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上、下樓層的樓蓋剛度。  （8）各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)必須滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的各項(xiàng)抗震措施及抗震構(gòu)造措施要求，才能發(fā)揮結(jié)構(gòu)的抗震性能要求。  2 剪力墻墻肢厚度和長度的選取  （1）墻肢厚度的選取  對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的上部樓層多數(shù)為住宅，如果采用短肢剪力墻，《規(guī)范》規(guī)定其抗震等級(jí)應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級(jí)要高。對(duì)于住宅建筑，填充墻厚一般為200mm，相應(yīng)剪力墻厚也取為200mm。住宅層高一般為2.8～3.0m，故墻厚取200mm，除底層加強(qiáng)區(qū)的一字形短肢剪力墻外，均能滿足規(guī)范要求。  對(duì)于無地下室的高層住宅，因其基礎(chǔ)埋深一般在2.5m以上，則底層墻體高度會(huì)在5.0m以上，若按層高的1/16確定墻厚，將超過300mm，大于填充墻厚度。為避免出現(xiàn)此種情況，在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)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，且使翼緣長度大于其厚度的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支長度的l/16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于3.0m，故厚度采用200mm滿足構(gòu)造要求。  （2）墻肢的長度  剪力墻墻肢長度（即墻肢截面高度）一般不宜大于8m。剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，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。當(dāng)墻的長度很長時(shí)，為了滿足每個(gè)墻段高寬比大于2的要求，可通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯(lián)肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁（其跨高比宜大于6），使其可近似認(rèn)為分成了獨(dú)立墻段。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中筆者建議少采用短肢剪力墻。  3 對(duì)剪壓比超限的連梁處理  剪壓比超限問題在剪力墻中是很常見的，尤其是在高烈度區(qū)，經(jīng)常是計(jì)算完后多處洞口上連梁超限。處理方法是一般先減連梁高度，以減少連梁吸收的地震力，如果仍然超筋，說明該連梁兩側(cè)的墻肢過強(qiáng)或者是吸收的地震力太大。此時(shí)，想通過調(diào)整使計(jì)算結(jié)果不超筋是困難的，也沒有必要。從連梁的作用來說，首先它是在兩個(gè)墻肢之間傳遞內(nèi)力，對(duì)墻肢起到約束作用；其次，它是在地震來臨時(shí)充當(dāng)?shù)谝坏婪谰€，起到耗能作用。因此，對(duì)于減少連梁的高度仍然超筋連梁（指抗剪超筋）的設(shè)計(jì)，應(yīng)按《高規(guī)》該連梁截面能承受的最大剪力計(jì)算連梁抗剪箍筋，再根據(jù)該剪力值計(jì)算出連梁端部彎矩（為簡化起見，假設(shè)反彎點(diǎn)在中點(diǎn)），并作適當(dāng)折扣（例如：一級(jí)乘以0.8），然后根據(jù)該彎矩值計(jì)算連梁縱筋。這樣做的目的是為了保證連梁的強(qiáng)剪弱彎，故意讓連梁先出現(xiàn)塑性鉸。當(dāng)多遇地震來臨時(shí)，連梁端部彎矩很快達(dá)到極限抗彎承載力，出現(xiàn)塑性鉸，端部彎矩不再增加。由于彎矩與剪力之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，連梁中的剪力也不再增加。而在設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)保證了在端部彎矩達(dá)到極限抗彎承載力，抗剪能力是有富余的，此時(shí)抗剪不會(huì)破壞。在這種情況下，連梁仍能保證對(duì)豎向荷載的承載能力，同時(shí)對(duì)墻肢有一定的約束能力，并具有變形耗能能力，破壞具有一定延性，基本上滿足設(shè)計(jì)對(duì)連梁的基本要求。唯一與計(jì)算不符的是，連梁對(duì)墻肢的約束作用比計(jì)算的要小，其結(jié)果是墻肢的內(nèi)力比計(jì)算值要大，可以在電算時(shí)對(duì)此類墻肢的地震力放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，按調(diào)整后的電算結(jié)果適當(dāng)加強(qiáng)相鄰墻肢的配筋。  4 轉(zhuǎn)換層上部剪力墻超筋的處理  框支剪力墻結(jié)構(gòu)由于轉(zhuǎn)換層上下構(gòu)件不連續(xù)、剛度突變以及轉(zhuǎn)換梁豎向變形等因素，設(shè)計(jì)者在計(jì)算過程中往往會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層上部一層或者兩層剪力墻超筋現(xiàn)象。  （1）當(dāng)出現(xiàn)剪力墻邊緣構(gòu)件超筋警告時(shí)設(shè)計(jì)根據(jù)具體情況調(diào)整剪力墻截面、改變結(jié)構(gòu)布置或者手工復(fù)核配筋率是否超出規(guī)范的控制要求。  （2）當(dāng)剪力墻水平筋超筋時(shí)，這種情況多數(shù)是結(jié)構(gòu)布置不合理，必須調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)布置。