基于高層建筑鋼混剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置與配筋問題探討

王振

（寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江，寧波，315012）

基于高層建筑鋼混剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置與配筋問題探討

王振

（寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江，寧波，315012）

為滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求，本文介紹了鋼混剪力墻設(shè)計(jì)中邊緣構(gòu)件的配筋范圍、配箍量以及配筋形式等常見問題與誤區(qū)，對現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范提出了一些建議，以供參考。

鋼混剪力墻；邊緣構(gòu)件；設(shè)置條件；配筋

近年來，隨著房屋建筑的高度的不斷增加，而作為抗震主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力墻，所要承受的抗震水平也隨之增高。隨著實(shí)驗(yàn)研究的深入, 使剪力墻的抗震設(shè)計(jì)有了很大發(fā)展, 形成了一套較完整的強(qiáng)度, 延性保證構(gòu)造措施。許多研究單位的研究實(shí)驗(yàn)表明, 剪力墻的邊緣構(gòu)件有橫向鋼筋約束可有效改善混凝土的受壓性能, 增大剪力墻的延性。此外還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動提高抗剪能力。邊緣構(gòu)件根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和受力狀況分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類, 其作為剪力墻的加強(qiáng)邊約束能力, 主要與邊緣構(gòu)件的配筋范圍、配箍量以及配筋形式有關(guān)。由于各規(guī)范之間表述的不同以及結(jié)構(gòu)師對規(guī)范理解的差異, 特別是為滿足建筑形式的特殊要求, 剪力墻在具體工程中的設(shè)計(jì)因項(xiàng)目而異。

一、底部加強(qiáng)區(qū)約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置條件

文獻(xiàn)[1- 2] 規(guī)定, 一、二級抗震墻底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;一、二級抗震設(shè)計(jì)剪力墻的其他部位以及三、四級抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻墻肢端部均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。文獻(xiàn)[1] 同時規(guī)定, 當(dāng)墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比小于表1 的規(guī)定值時, 可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。分布筋, 設(shè)計(jì)中部分結(jié)構(gòu)師將按陰影部分計(jì)算的箍筋擴(kuò)展到非陰影部分,結(jié)果墻身水平分布筋通過該部位伸至剪力墻端部后再彎鉤錨固, 將與設(shè)置在非陰影部分的箍筋發(fā)生長距離重疊, 導(dǎo)致該部位的實(shí)際配箍率過大( 圖1) , 造成不必要的浪費(fèi)。

表1 抗震墻設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最大軸壓比

另外, 文獻(xiàn)[1- 2] 規(guī)定, 一、二級剪力墻陰影部分的箍筋或拉筋豎向間距分別不宜大于100mm,150mm。因此部分結(jié)構(gòu)師就簡單的把非陰影部分拉筋間距誤取為陰影部分間距的2 倍( 非陰影部分配箍特征值為陰影部分1/2) , 即200mm 和300mm。但文獻(xiàn)[1- 2] 中規(guī)定, 一、二級剪力墻底部加強(qiáng)部位構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋或拉筋沿豎向最大間距為100mm 和150mm。其他部位為150mm, 200mm。筆者認(rèn)為, 作為軸壓比更大的約束邊緣構(gòu)件,其箍筋或拉筋的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不宜低于相同抗震等級構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。

由有關(guān)研究可知, 抗震墻的延性除了與邊緣構(gòu)件范圍, 配箍率大小等因素有關(guān)外, 還與截面的的相對受壓區(qū)高度或軸壓比有關(guān), 當(dāng)截面的相對受壓區(qū)高度或軸壓比較小時, 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。當(dāng)相對受壓區(qū)高度或軸壓比超過一定值時,就需要增大邊緣構(gòu)件的范圍和配箍量。文獻(xiàn)[1] 不僅考慮了位置因素, 還考慮了軸壓比的影響, 而文獻(xiàn)[2] 適用于高層建筑結(jié)構(gòu)。剪力墻屬豎向懸臂構(gòu)件, 當(dāng)為高層結(jié)構(gòu)時, 即使在軸壓比較小的情況下, 由于豎向高度較高, 橫向地震力對剪力墻產(chǎn)生的彎矩在剪力墻底部也會很高,所以, 對底部加強(qiáng)部位的約束邊緣要求不予放寬是有道理的。值得注意的是目前設(shè)計(jì)較多的小高層住宅多采用短肢剪力墻, 由于短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)中所占比例較高, 結(jié)構(gòu)與側(cè)向剛度較大的普通概念的剪力墻結(jié)構(gòu)有了顯著弱向量變, 規(guī)范關(guān)于剪力墻諸要素的參量系針對普通概念的剪力墻制定, 對整體為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的適用程度便較難把握, 全部套用并不合適, 因此, 有待進(jìn)一步的研究。

二、約束邊緣構(gòu)件的配筋

1、約束邊緣構(gòu)件陰影部分配筋

2、約束邊緣構(gòu)件非陰影部分配筋

約束邊緣構(gòu)件非陰影部分即體積配箍率為λ/2 的區(qū)域, 此區(qū)域是邊緣構(gòu)件和剪力墻之間共有的過渡部分，其配筋對剪力墻延性的影響小于陰影部分。該部位的縱筋為剪力墻豎向分布筋, 但間距應(yīng)與拉筋配合且不小于剪力墻豎向分布筋間距( 為與配箍率要求的拉筋間距配合, 有時需要將剪力墻豎向分布筋間距調(diào)小) ; 該部位的水平筋就是剪力墻身的水平

圖1 約束邊緣構(gòu)件截面配筋構(gòu)造

此外, 當(dāng)剪力墻水平分布筋間距不符合約束邊緣構(gòu)件非陰影部分箍筋或拉筋最大間距時, 例如水平筋間距為200mm, 而箍筋或拉筋間距為150mm, 若非陰影部分只配置拉筋，則有部分拉筋將無法拉住水平筋，此時, 可以考慮在此部位設(shè)置附加水平筋的措施, 其中附加水平筋直徑不宜過大, 與水平筋配合滿足體積配箍率λv/2 即可; 深入的長度也不宜過長, 進(jìn)入陰影區(qū)鉤住第二根縱筋即可( 圖2) 。

圖2 水平附加筋

約束邊緣構(gòu)件縱筋是由剪力墻截面抗彎計(jì)算而來, 兩端部縱筋合力中心距離大小直接影響剪力墻抗彎承載力大小, 文獻(xiàn)[1] 規(guī)定:約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度和配箍特征值應(yīng)符合表6.4.5-2 的要求,一、二級抗震墻約束邊緣構(gòu)件在設(shè)置箍筋范圍內(nèi)( 即圖6.4.5-2 中陰影部分) 的縱向鋼筋配筋率, 分別不應(yīng)小于1.2%, 1.0% 。此條說明約束邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋配筋率按陰影部分計(jì)算, 且要求應(yīng)配在陰影部位; 文獻(xiàn)[2] 對陰影部分縱筋配筋量要求與文獻(xiàn)[1] 相同, 但又規(guī)定約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的配筋范圍不應(yīng)小于陰影面積, 規(guī)定的模糊性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)師將其理解為配筋范圍的下限值, 從而將端部縱筋均布在整個約束邊緣構(gòu)件ιc 范圍內(nèi),結(jié)果使鋼筋合力中心距離減少( 截面高度大時尤為明顯) , 使截面抗彎承載力降低, 不僅影響結(jié)構(gòu)安全而且不經(jīng)濟(jì)。因此,縱向鋼筋的配置范圍應(yīng)為約束邊緣構(gòu)件的陰影部分, 不應(yīng)隨意擴(kuò)大范圍。

3、剪力墻水平分布筋的錨固

目前, 部分結(jié)構(gòu)師和現(xiàn)場施工人員認(rèn)為, 剪力墻水平分布筋錨入邊緣構(gòu)件(一般為暗柱) 滿足搭接長度即可或可仿照梁與柱連接的做法(圖3) 。但事實(shí)上, 邊緣構(gòu)件與剪力墻墻身之間的連接有別于不同構(gòu)件(例如梁與柱) 之間的連接, 邊緣構(gòu)件并不是剪力墻墻身的支座, 其本身是剪力墻的一部分, 剪力墻水平分布筋是用以抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力,是按整片墻肢進(jìn)行配置的, 并未扣除邊緣構(gòu)件的長度; 且規(guī)范中的計(jì)算公式并未考慮剪力墻邊緣構(gòu)件抵抗水平地震剪力其中所配箍筋的作用是約束混凝土, 改善混凝土的受壓性能, 提高剪力墻的延性能力, 兩者屬于一個整體只是作用不同。應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)圖(03G101- 1) 做法, 將水平分布筋伸至墻肢端部垂直彎折15d(圖4) 。

圖3 梁與柱連接

圖4 暗柱

[1] GB 50011- 2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

[2] JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

[3] 陳青來 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平法設(shè)計(jì)與施工規(guī)則? 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2007: 235- 239

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1674-3954（2011）03-0233-02