高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工涉及的幾個(gè)問題

李桂茹 劉傳銀

本人在設(shè)計(jì)天津市津南區(qū)安置房項(xiàng)目金華園小區(qū)項(xiàng)目時(shí)，對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步的深刻認(rèn)識(shí)，本人就此次實(shí)戰(zhàn)，談?wù)勗谠O(shè)計(jì)鋼筋混凝土剪力墻時(shí)涉及的幾個(gè)應(yīng)注意的方面，給設(shè)計(jì)同仁一些建議。

1 關(guān)于地下室頂板和設(shè)備機(jī)房活荷載取值的問題

金華園小區(qū)是天津市的住宅安置項(xiàng)目，全部采用了21層～27層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置地下室。在施工時(shí)，高層主體地下室頂板必然作為施工的場(chǎng)地，肯定要堆放大批施工備料，比如:水泥，砂子。如果按一般住宅的活荷載2 kN/m2考慮，就會(huì)存在一定的安全隱患。文獻(xiàn)[1]中建議高層地下室頂板活載取值為5 kN/m2。在文獻(xiàn)[2]中也提到因荷載考慮的不夠，而造成主體還未施工完，地下室的頂板裂的一塌糊涂。所以就地下室頂板這種特殊的情況，考慮一些安全儲(chǔ)備是應(yīng)當(dāng)?shù)摹Ｔ谖墨I(xiàn)[3]中，并未設(shè)計(jì)此處的荷載取值。所以，本人認(rèn)為應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員的重視。第二個(gè)須注意的荷載取值是屋頂?shù)脑O(shè)備機(jī)房。通常設(shè)備師向結(jié)構(gòu)提供的僅僅是設(shè)備的自重?？墒窃O(shè)備是需要有設(shè)備基礎(chǔ)的。考慮到設(shè)備工作時(shí)有很大的振動(dòng)，設(shè)備基礎(chǔ)要做 500 mm～600 mm的厚度，均到設(shè)備房間時(shí)，大概5 kN/m2，加上設(shè)備的自重，設(shè)備機(jī)房活荷載輸入7 kN/m2是可以的。

2 墻體穩(wěn)定的問題

在金華園設(shè)計(jì)時(shí)，主體結(jié)構(gòu)嵌固在-1.800處的地下室頂板處。建筑層高為2.900 m，結(jié)構(gòu)層高為4.700 m。在結(jié)構(gòu)的計(jì)算中有的墻體穩(wěn)定不滿足要求。墻體穩(wěn)定計(jì)算的公式如下:

其中，q為作用于墻頂組合的等效豎向均布荷載設(shè)計(jì)值;Ec為剪力墻混凝土彈性模量;t為剪力墻墻肢截面厚度;L0為剪力墻墻肢的計(jì)算長(zhǎng)度，L0=bh。

由此可知 Ec，q，t都不可能有變化，只能通過調(diào)整剪力墻的計(jì)算長(zhǎng)度來滿足墻體的穩(wěn)定。在-0.120標(biāo)高處局部設(shè)置一層混凝土的樓板，增加了墻的側(cè)向支撐，減小了墻的計(jì)算長(zhǎng)度。通過實(shí)際的計(jì)算，這樣是滿足墻的穩(wěn)定要求的。

3 帶角窗房間的處理問題

剪力墻結(jié)構(gòu)角窗轉(zhuǎn)角處板塊沒有豎向構(gòu)件的可靠約束，此處形成了一個(gè)薄弱點(diǎn)。通過下面的措施來加強(qiáng)此處的剛度，此處的樓板要加厚150 mm左右，雙層雙向配筋。在角窗的兩個(gè)端點(diǎn)處加設(shè)暗梁，角窗的洞口旁暗柱設(shè)計(jì)從地下室1層到頂層全部按約束邊緣構(gòu)件處理。角窗處在軟件輸入時(shí)是按懸挑梁處理的。在實(shí)際的配筋時(shí)要按折線連梁考慮。

4 懸挑構(gòu)件的處理

住宅項(xiàng)目一般都要設(shè)置陽(yáng)臺(tái)，陽(yáng)臺(tái)有時(shí)做挑梁條件滿足不了，只能做成挑板的形式，而陽(yáng)臺(tái)的樓面做法降低30 mm，與之相連的樓板由于埋暖管而降低120 mm，這樣鋼筋就不能連貫了。有的工程師就設(shè)計(jì)成外挑板130 mm厚，內(nèi)房間就設(shè)計(jì)成100 mm厚，挑梁的荷載全部都由與之相連的連梁承擔(dān)了。這樣剪力墻就會(huì)受到平面外彎矩，不太合理。當(dāng)挑板跨度再大些時(shí)，這樣就會(huì)有安全隱患。在工程中，即使高差存在，也應(yīng)布置成陽(yáng)臺(tái)板與內(nèi)房間一樣的厚度。在金華園小區(qū)中住宅的頂層上設(shè)計(jì)了很高的女兒墻，大概有6 m高，根據(jù)相同的原理，把與之相連的房間樓板加厚，增大其配筋，用以平衡女兒墻外懸挑帶來的彎矩。

5 在施工過程中應(yīng)注意的一些問題

最近，我們到幾個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)收，均發(fā)現(xiàn)剪力墻鋼筋配置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至有些關(guān)鍵部位存在安全隱患，從幾個(gè)項(xiàng)目出現(xiàn)的雷同問題可以看出，現(xiàn)場(chǎng)施工和監(jiān)理技術(shù)人員在對(duì)圖集和結(jié)構(gòu)受力等技術(shù)問題理解上存在不同程度的理解偏差。

比較突出的一個(gè)問題是:將剪力墻結(jié)構(gòu)中的邊緣構(gòu)件(暗柱、明柱、翼柱)誤解為框架結(jié)構(gòu)中的框架柱。

在框架結(jié)構(gòu)中框架梁及與框架柱相連的其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力筋都要錨入框架柱內(nèi)并滿足錨固長(zhǎng)度。受此種概念的影響，施工單位在剪力墻結(jié)構(gòu)的施工中把邊緣構(gòu)件視同框架柱，將剪力墻的水平鋼筋直接錨入邊緣構(gòu)件滿足錨固長(zhǎng)度，這樣一來，剪力墻水平筋在各轉(zhuǎn)角及交點(diǎn)處均集中斷開，實(shí)際施工的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)示意圖見圖1。

由圖1b)可以看出，因邊緣構(gòu)件的存在使得剪力墻一側(cè)未配置水平分布筋，雖有邊緣構(gòu)件的水平箍筋，但水平箍筋直徑應(yīng)采用邊緣構(gòu)件箍筋與剪力墻水平分布筋之和，這樣雖滿足鋼筋設(shè)計(jì)要求，但此處的箍筋與另一邊的剪力墻水平筋是斷開的，不滿足國(guó)標(biāo)圖集03G101-1中“L形”轉(zhuǎn)角處外側(cè)水平筋連續(xù)通過轉(zhuǎn)彎的要求。所以，此處剪力墻水平筋與邊緣構(gòu)件鋼筋均需分別進(jìn)行配置，不宜合并，更不應(yīng)漏設(shè)鋼筋。由圖1可以看出，剪力墻水平鋼筋在邊緣構(gòu)件處被全截面截?cái)?，雖有邊緣構(gòu)件的存在將各交點(diǎn)連為一個(gè)整體，可是此處邊緣構(gòu)件的作用與框架柱的作用是完全不同的兩個(gè)受力構(gòu)件。設(shè)置邊緣構(gòu)件的目的是增加結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。通俗一點(diǎn)，就是相當(dāng)于磚混結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造柱?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》中曾講到“當(dāng)截面相對(duì)受壓區(qū)高度或軸壓比較小時(shí)，即使不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，抗震墻也具有較好的延性和耗能能力”。也就是說在一定條件下抗震墻本身可以具有較好的延性和耗能能力，但是這種延性和耗能能力需要靠剪力墻自身分布鋼筋的合理配置才能實(shí)現(xiàn)。假設(shè)在沒有邊緣構(gòu)件的情況下，剪力墻鋼筋按照前面所述示意圖進(jìn)行配置，則在各交點(diǎn)處成為剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱部位;我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻自身是主要的受力構(gòu)件，為了提高結(jié)構(gòu)的延性而設(shè)置邊緣構(gòu)件，邊緣構(gòu)件起輔助加強(qiáng)的作用，這一點(diǎn)我們必須認(rèn)清，不可將兩者的作用顛倒。即使各交點(diǎn)有邊緣構(gòu)件的存在，但是因?yàn)榧袅λ浇畹慕財(cái)喽沟酶鹘稽c(diǎn)處非但沒有提高受力性能反而使其成了受力薄弱部位，這與我們的設(shè)計(jì)初衷是完全背道而馳的，也使得整個(gè)工程存在極大的安全隱患。

下面就前面所述剪力墻水平分布筋“實(shí)際施工的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)示意圖”的正確配置繪制見圖2(可參見國(guó)標(biāo)圖集03G101-1混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖)。

6 結(jié)語

1)剪力墻結(jié)構(gòu)中注意地下室頂板與設(shè)備機(jī)房的荷載，加強(qiáng)角窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2)剪力墻結(jié)構(gòu)中邊緣構(gòu)件的作用，是為了提高結(jié)構(gòu)延性和耗能能力，不應(yīng)將其與框架柱的作用混淆。3)嚴(yán)格執(zhí)行圖集中的各種構(gòu)造做法，是確保結(jié)構(gòu)安全的重要保證。

[1] DB 29-22-2007，天津市住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 李勇軍，王 燕.帶縫剪力墻的非線性分析[J].山西建筑，2008，34(35):86-87.