多層和高層剪力墻設(shè)計(jì)中部分常遇問(wèn)題與解決措施

夏文龍

摘 要:由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)壓剛度大、能有效減少側(cè)移、具有較好的抗震性能等優(yōu)點(diǎn),因此,近年來(lái),它在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛的應(yīng)用,多用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中。本文將主要針對(duì)多層和高層剪力墻設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出解決措施。

關(guān)鍵詞:多層高層剪力墻設(shè)計(jì)問(wèn)題 解決措施

中圖分類(lèi)號(hào):TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(c)-0046-01

由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)壓剛度大、能有效減少側(cè)移和抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn),其主要表現(xiàn)在受力方面,由于剪力墻的剛度較大,所以在小震作用下結(jié)構(gòu)的位移就會(huì)受到一定的限制,在高層建筑中作用更為顯著;在地震作用下,其變形較小,破壞程度低,發(fā)生大地震時(shí),剪力墻可以利用連梁和墻肢底部的塑性變形來(lái)消耗地震的能量。另外,由于剪力墻的最大間距受到限制,使建筑的使用空間也受到了相應(yīng)的限制,結(jié)構(gòu)自重較大,總高度不大時(shí),結(jié)構(gòu)材料的耗費(fèi)也較多。因此,近幾年多層與高層鋼筋混凝土建筑中剪力墻被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文就將對(duì)剪力墻在多層高層建筑設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的解決對(duì)策。

1 概述剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是由墻肢與連梁構(gòu)成的,常見(jiàn)的剪力墻結(jié)構(gòu)包括“T”字型、“L”字型、“十”字型、“Z”字型、折線(xiàn)型。剪力墻結(jié)構(gòu)主要具有以下特點(diǎn):

(1)布置豎向構(gòu)件時(shí)需結(jié)合建筑平面和間隔墻的位置;(2)墻的數(shù)量與墻肢的長(zhǎng)短是根據(jù)抗側(cè)力的需要而定的,其剛度的中心位置一般是采用不同的尺寸和布置來(lái)調(diào)整的;(3)連接各墻的梁,根據(jù)墻肢位置的不同可以設(shè)置在間隔墻的豎平面內(nèi),且能夠隱藏;(4)利用中心剪力墻形成的抗側(cè)力構(gòu)件可以達(dá)到建筑平面抗側(cè)力剛度的要求。

2 多層和高層剪力墻設(shè)計(jì)中常遇問(wèn)題及措施

由于剪力墻有多種優(yōu)點(diǎn),所以被廣泛的應(yīng)用于多層及高層建筑的設(shè)計(jì)中。但是在多層及高層建筑中剪力墻的設(shè)計(jì)還是需要注意一些問(wèn)題的。在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)過(guò)程中,常遇的問(wèn)題主要是剪力墻布置與剪力墻截面設(shè)計(jì)兩方面。下面我們將對(duì)這兩方面需要注意的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析,并提出相應(yīng)的解決措施。

2.1 剪力墻的布置方面應(yīng)注意的問(wèn)題

剪力墻是主要的抗側(cè)壓力構(gòu)件,因此其布置不僅要與相關(guān)規(guī)定相符,還必須為建筑具有良好抗震性打下基礎(chǔ)。因此,剪力墻在布置的過(guò)程中,不僅要遵循“對(duì)稱(chēng)、均勻、周邊、連續(xù)”的規(guī)定,還應(yīng)該注意以下問(wèn)題:

(1)雙向布置剪力墻結(jié)構(gòu):剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置時(shí),由于高層建筑物的空間工作性能較好,所以一般選擇雙向布置,而且應(yīng)該避免單向布置,將縱橫墻相連,從而使剪力墻彼此形成有翼緣的剪力墻,以此增加其剛度,并提高其塑性變形的能力。

(2)保證豎向剛度均勻:在剪力墻的布置過(guò)程中必須注意其豎向剛度與剪力墻布置的關(guān)系,假如剪力墻沿高度不連續(xù)的話(huà),其剛度沿著高度的方向也會(huì)發(fā)生突變。所以,在布置剪力墻是必須自上而下連續(xù)進(jìn)行。

(3)墻肢高寬比:為了避免剪力墻受到脆性破壞,在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常將細(xì)高的剪力墻設(shè)計(jì)為受彎曲破壞的延性剪力墻。對(duì)于抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)而言,我們通常是利用開(kāi)設(shè)洞口的方法將一道較長(zhǎng)的墻體分為長(zhǎng)度較均勻的墻段,每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比應(yīng)不小于2。

(4)剪力墻洞口的布置:剪力墻洞口的布置與剪力墻的力學(xué)性能有很大的關(guān)系,并對(duì)其有很大的影響,所以,在進(jìn)行剪力墻洞口的布置時(shí)需注意以下要求:第一,剪力墻洞口需要成排成列的布置,并明確墻肢和連梁,洞口不能開(kāi)設(shè)過(guò)大,以避免消弱剪力墻的承載力及剛度;第二,開(kāi)洞時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)錯(cuò)洞剪力墻和疊合錯(cuò)洞墻,若是實(shí)在無(wú)法避免的時(shí)候,則應(yīng)按照有限元方法仔細(xì)計(jì)算分析,從而在洞口采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

(5)連梁的跨高比設(shè)計(jì):只有在進(jìn)行剪力墻開(kāi)洞形成跨高比小于5的連梁的設(shè)計(jì)時(shí)才按照相關(guān)的規(guī)定,對(duì)于跨高比不小于5的連梁則應(yīng)按照框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣能確保連梁有較大的剛度,并且能夠確定墻體的整體性能及增大其耗能能力。

(6)柱中線(xiàn)與梁、墻中線(xiàn)的設(shè)計(jì):為了減少地震對(duì)柱的扭轉(zhuǎn)作用,在設(shè)計(jì)柱中線(xiàn)、墻中線(xiàn)時(shí),其寬度都不應(yīng)大于柱寬的1/4。若是沒(méi)有達(dá)到要求,則可以通過(guò)加水平腋或加強(qiáng)柱內(nèi)配箍率等方式進(jìn)行彌補(bǔ)。

2.2 剪力墻截面方面應(yīng)注意的問(wèn)題及預(yù)防策略

剪力墻截面設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題主要是剪力墻的最大剪壓比限值、剪力墻的最小厚度、剪力墻的計(jì)算以及剪力墻的破壞和構(gòu)造方面。

(1)剪力墻的最大剪壓比限值:對(duì)于剪跨比大于2的剪力墻和跨高比大于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.2;對(duì)于剪跨比小于2的剪力墻和跨高比小于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.15。對(duì)剪壓比要求較嚴(yán)格主要是因?yàn)榧艨绫刃〉膲涂绺弑刃〉倪B梁的剪切變形較大。為了避免剪壓比超過(guò)一定值后,剪力墻出現(xiàn)斜向裂縫等情況,就只有在設(shè)計(jì)的過(guò)程中加大混凝土的強(qiáng)度等級(jí),以及加厚墻、梁或墻的長(zhǎng)度。但是梁的高度還是不宜過(guò)高,而且在計(jì)算墻肢剪跨比時(shí)彎矩和剪力均應(yīng)該取地震作用下的效應(yīng)組合的計(jì)算值。

(2)抗震剪力墻的最小厚度:抗震設(shè)計(jì)時(shí),一、二級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200mm,而且不應(yīng)小于層高的1/16;其他情況下不應(yīng)小于160mm,而且也不能小于層高的1/20;另外,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的墻周邊應(yīng)設(shè)置梁或暗梁,并與端柱組成邊框梁。

(3)剪力墻的計(jì)算:剪力墻的計(jì)算主要是對(duì)剪力墻的水平和豎直作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析,然后將求得的內(nèi)力采用偏壓或偏拉的方式進(jìn)行正、斜截面承載力的驗(yàn)算。在受到較大集中負(fù)荷作用處,應(yīng)該對(duì)局部受壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

(4)剪力墻的破壞和構(gòu)造:當(dāng)剪力墻的墻肢較長(zhǎng)時(shí),配筋就應(yīng)該盡量將豎向鋼筋布置在墻肢的兩端,因?yàn)檫@時(shí)剪力墻的法向應(yīng)力是呈線(xiàn)形分布的,其破壞形態(tài)與偏心受壓柱相似;在設(shè)計(jì)過(guò)程中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,主要目的是為了防止剪切破壞和提高墻體的延性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,墻肢不能過(guò)小和過(guò)長(zhǎng),主要是為了避免斜壓破壞以及截面應(yīng)力相差過(guò)大的狀況發(fā)生。另外,剪力墻結(jié)構(gòu)不僅要承受水平方向的剪力和彎矩力,還要承擔(dān)豎向壓力。在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合應(yīng)力的工作狀態(tài)下,其受到水平力的作用,近似于一個(gè)基礎(chǔ)上底部嵌固的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下,剪力墻不僅要滿(mǎn)足剛度的要求,還需要滿(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;而且,為了避免墻體發(fā)生脆性剪切力破壞,設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量將剪力墻設(shè)計(jì)為延性彎曲型。

3 結(jié)語(yǔ)

由于剪力墻具有抗側(cè)壓剛度大、有效減少側(cè)移和抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn),因此,剪力墻在多層高層建筑中的使用也越來(lái)越廣泛。而在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)時(shí),只有將每一個(gè)步驟都根據(jù)規(guī)范進(jìn)行操作才能讓剪力墻將它所具有的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)?？傊?在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意:選擇適合的計(jì)算機(jī)軟件,并合理的選擇計(jì)算分析方法,確定計(jì)算模型和相關(guān)參數(shù),并對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理性進(jìn)行判斷。只要在剪力墻設(shè)計(jì)中將應(yīng)注意的問(wèn)題做到位,今后,剪力墻在高層多層建筑中的應(yīng)用一定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙海峰.鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,37(7):93～94.

[2] 趙文彤,張文功.探討多層高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技致富向?qū)?2011(7):147～223.