小高層建筑中剪力墻設(shè)計

曾霖羽

摘要:目前,隨著小高層建筑越來越多的運用,在建筑設(shè)計中如何使建筑經(jīng)濟合理已成當務(wù)之急,剪力墻通常用于小高層住宅設(shè)計中,滿足實用、經(jīng)濟、合理的使用要求。文章對小高層建筑的剪力墻設(shè)計進行了分析研究,對小高層建筑設(shè)計提出參考。

關(guān)鍵詞:剪力墻設(shè)計;小高層建筑;邊緣構(gòu)件

中圖分類號:TU973文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0129-02

一、剪力墻結(jié)構(gòu)

(一)剪力墻的概念和結(jié)構(gòu)效能

建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔時,這種墻體既承擔水平構(gòu)件傳來的豎向荷載,同時承擔風力或地震作用傳來的水平地震作用。剪力墻即由此而得名(抗震規(guī)范定名為抗震墻)。

剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護墻,因此墻體的布置必須同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系,有很好的承載能力,而且有很好的整體性和空間作用,比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力,因此,可建造較高的建筑物。

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是側(cè)向剛度大,在水平荷載作用下側(cè)移小,其缺點是剪力墻的間距有一定限制,建筑平面布置不靈活,不適合要求大空間的公共建筑,另外結(jié)構(gòu)自重也較大,靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。

剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板,可以不設(shè)梁,所以空間利用比較好,可節(jié)約層高。.

(二)普通剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置

1.平面布置。剪力墻結(jié)構(gòu)中全部豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻承受,所以剪力墻應(yīng)沿平面主要軸線方向布置。(1)矩形、L形、T形平面時,剪力墻沿兩個正交的主軸方向布置;(2)三角形及Y形平面可沿三個方向布置;(3)正多邊形、圓形和弧形平面,則可沿徑向及環(huán)向布置。

單片剪力墻的長度不宜過大:(1)長度很大的剪力墻,剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期過短,地震力太大不經(jīng)濟;(2)剪力墻以處于受彎工作狀態(tài)時,才能有足夠的延性,故剪力墻應(yīng)當是高細的,如果剪力墻太長時,將形成低寬剪力墻,就會由受剪破壞,剪力墻呈脆性,不利于抗震。故同一軸線上的連續(xù)剪力墻過長時,應(yīng)用樓板或小連梁分成若干個墻段,每個墻段的高寬比應(yīng)不小于2。

2.每個墻段可以是單片墻,小開口墻或聯(lián)肢墻。每個墻肢的寬度不宜大于8.0m,以保證墻肢是由受彎承載力控制,和充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。內(nèi)力計算時,墻段之間的樓板或弱連梁不考慮其作用,每個墻段作為一片獨立剪力墻計算。

二、剪力墻設(shè)計

剪力墻所承受的豎向荷載,一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載,通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁(門窗洞口上的梁)內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外,在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡單計算。

在水平荷載作用下,剪力墻受力分析實際上是二維平面問題,精確計算應(yīng)該按照平面問題進行求解?？梢越柚谟嬎銠C,用有限元方法進行計算。計算精度高,但工作量較大。在工程設(shè)計中,可以根據(jù)不同類型剪力墻的受力特點,進行簡化計算。

整體墻和小開口整體墻:在水平力的作用下,整體墻類似于一懸臂柱,可以按照懸臂構(gòu)件來計算整體墻的截面彎矩和剪力。小開口整體墻,由于洞口的影響,墻肢間應(yīng)力分布不再是直線,但偏離不大。可以在整體墻計算方法的基礎(chǔ)上加以修正。

聯(lián)肢墻:聯(lián)肢墻是由一系列連梁約束的墻肢組成,可以采用連續(xù)化方法近似計算。

壁式框架:壁式框架可以簡化為帶剛域的框架,用改進的反彎點法進行計算。

框支剪力墻和開有不規(guī)則洞口的剪力墻:此兩類剪力墻比較復(fù)雜,最好采用有限元法借助于計算機進行計算。

框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線是剪切型,曲線凹向原始位置;而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型,曲線凸向原始位置。在框架—剪力墻(以下簡稱框-剪)結(jié)構(gòu)中,由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大,在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框—剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型,也不是彎曲型,而是一種彎、剪混合型,簡稱彎剪型。在結(jié)構(gòu)底部,框架將把剪力墻向右拉;在結(jié)構(gòu)頂部,框架將把剪力墻向左推。因而,框—剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些,比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些;其頂部側(cè)移則正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚獠亢奢d的同時,二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系,即為協(xié)同工作原理。

考慮地震作用組合的剪力墻,其正截面抗震承載力應(yīng)按規(guī)定計算,但在其正截面承載力計算公式右邊,應(yīng)除以相應(yīng)的承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE。剪力墻各墻肢截面考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計值:對一級抗震等級剪力墻的底部加強部位及以上一層,應(yīng)按墻肢底部截面考慮地震作用組合彎矩設(shè)計值采用,其他部位可采用考慮地震作用組合彎矩設(shè)計值乘以增大系數(shù)。

三、小高層中剪力墻設(shè)計實例

(一)布置

剪力墻布置必須均勻合理,使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合,且X,Y 兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻,若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻(h/w>8);應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免,則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱,當梁高大于墻厚的2.5倍時,應(yīng)計算暗柱配筋,轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長,因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中,有條件兩個方向均應(yīng)布置成長墻。

(二)配筋及構(gòu)造

對于小高層住宅來說,剪力墻是面廣量大的,因此合理的控制剪力墻配筋對于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟性具有十分重要的作用。

(三)剪力墻墻體配筋(以200厚墻體為例)

一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。加強區(qū)φ10@200,非加強區(qū)φ8@200 雙層雙向即可,雙排鋼筋之間采用φ6@600×600 拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力,土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制,而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制,此種情況下為增大計算墻體有效高度,可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè),豎向鋼筋放在外側(cè)。

(四)設(shè)置邊緣構(gòu)件

一、二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對于普通剪力墻,其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率,建議加強區(qū)0.7%,一般部位0.5%。對于短肢剪力墻,控制配筋率加強區(qū)1.2%,一般部位1.0%;對于小墻肢其受力性能較差,應(yīng)嚴格按高規(guī)控制其軸壓比,宜按框架柱進行截面設(shè)計,并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū)1.2%,一般部位1.0%;而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體,設(shè)計中往往就按長肢墻進行暗柱配筋。

(五)合理配筋

剪力墻中的連梁跨度小,截面高度大,在地震作用下彎矩、剪力很大,有時很難進行設(shè)計,如果加大連梁高度,配筋值有時反而更大。對于窗洞樓面至窗臺部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對于窗臺有飄窗時,可再增加一根梁,兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應(yīng)對稱配置,腰筋同墻體水平筋。

四、結(jié)語

建筑設(shè)計中剪力墻運用具有較好的抗震性能,且結(jié)構(gòu)布置靈活,造價低,經(jīng)濟性好,所以小高層住宅較多的使用這種設(shè)計形式。經(jīng)過對設(shè)計、施工和使用中發(fā)現(xiàn)的問題進行總結(jié),進一步優(yōu)化,這種結(jié)構(gòu)形式的小高層住宅是值得發(fā)展的住宅模式?？傊?對小高層建筑設(shè)計一般力求合理性與經(jīng)濟性,建筑設(shè)計中要合理把握關(guān)鍵部位及次要部分,這也是小高層建筑設(shè)計中需要努力改進的方向。

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