剪力墻與框架梁不同相交方式鋼筋用量差異分析

余 軍 范桂郊 黃世明

(中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司華南分公司，廣東深圳 518000)

在框架—核心筒結(jié)構(gòu)中，框架梁作為核心筒與外圍鋼管柱的紐帶，是保證核心筒能與外圍柱體共同抵抗外界荷載的關(guān)鍵因素，而在現(xiàn)場施工中往往就涉及到因框架梁與剪力墻相交方式不同帶來的構(gòu)造措施上的種種差異，作為施工方在保證結(jié)構(gòu)安全性、耐久性、舒適性的條件下，選取合適的構(gòu)造措施避免鋼筋浪費，是控制施工成本目標(biāo)的有效措施之一。本文結(jié)合11G101-11，13G101-11及一般框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析圖對此進(jìn)行了一個探討。

框架梁與剪力墻的連接方式主要分兩類:1)框架梁與剪力墻在平面內(nèi)相交;2)框架梁垂直于剪力墻相交。

1 框架梁與剪力墻在平面內(nèi)相交

在11G101-1第85頁談到關(guān)于抗震框架梁KL，WKL箍筋加密區(qū)的范圍，抗震等級為一級時:箍筋加密區(qū)大于2.0hb且大于500;抗震等級為二至四級時:大于1.5hb且大于500，如圖1所示;本抗震構(gòu)造措施同樣是適用于框架梁與剪力墻平面連接的情況。

在13G101-11第55頁也講到當(dāng)框架梁與剪力墻在平面內(nèi)相交時(如圖2所示)，按框架節(jié)點或連梁處理(取決于梁的跨高比，大于5時按框架節(jié)點處理，小于5時按連梁處理)，即梁兩端的箍筋加密區(qū)范圍根據(jù)抗震等級進(jìn)行加密，梁縱筋在剪力墻內(nèi)的錨固長度要滿足抗震要求下錨固長度LaE。

某框架梁與剪力墻平面內(nèi)相交施工現(xiàn)場見圖3。

2 框架梁、剪力墻于平面外垂直相交

對于該種情況，不能籠統(tǒng)的一概而論，要根據(jù)剪力墻與框架梁兩者之間的相對抗彎剛度而定，當(dāng)剪力墻平面外的剛度較大，需要考慮剪力墻平面外地震作用力，同時梁的截面高度也較大(一般大框架梁都滿足此要求)，該節(jié)點趨于剛性節(jié)點，梁的上、下縱筋，箍筋均應(yīng)按抗震框架梁的構(gòu)造措施進(jìn)行錨固、加密。

圖1 抗震框架梁箍筋加密區(qū)

圖2 框架梁與剪力墻平面內(nèi)相交

圖3 某框架梁與剪力墻平面內(nèi)相交施工現(xiàn)場

反之當(dāng)剪力墻平面外剛度較小，不需要考慮剪力墻平面外的地震作用力，梁截面也較小，考慮為半鉸接、鉸接時，按一般非抗震梁構(gòu)造要求進(jìn)行錨固(如圖4所示)。

圖4 框架梁與剪力墻平面外相交

又比如當(dāng)框架梁的一端支座為另一垂直相交的主梁時(見圖5)，該框架梁在此處的結(jié)點仍然可按非抗震框架梁結(jié)點處理(見圖6)。

圖5 框架梁一端支座為主梁

圖6 某框架梁與剪力墻平面外相交施工現(xiàn)場

因此當(dāng)框架梁與剪力墻垂直相交時，需聯(lián)系設(shè)計方，確定兩者之間的相對剛度關(guān)系、結(jié)點按剛接處理，還是按鉸接處理。

3 兩種構(gòu)造措施差異分析

上述兩種構(gòu)造措施的出發(fā)點，可以從以下兩個結(jié)構(gòu)力學(xué)模型進(jìn)行切入。綜上可知，即豎向構(gòu)件作為框架梁的支座是否有足夠的約束剛度，來約束框架梁端部的轉(zhuǎn)角變形使之共同受力。對于第一種情況(見圖7，圖8):框架梁與剪力墻在平面相交時，剪力墻在平面內(nèi)有足夠大的抗彎約束剛度，它能夠與框架梁形成剛節(jié)點共同變形抵抗側(cè)向地震作用力，這時梁內(nèi)彎矩是非常大的，同時彎曲變形帶來的破壞剪力亦非常大。因此框架梁必須要滿足抗震構(gòu)造要求。對于第二種情況(見圖9，圖10):框架梁與剪力墻在平面外垂直相交或框架梁一端支座為另一垂直主梁時，首先剪力墻在平面外方向剛度較小，地震作用力亦較小，而且也沒有足夠的約束剛度來約束梁端變形保證共同抗側(cè)力。因此該情況下，梁內(nèi)力相對第一種情況較小，可按非抗震構(gòu)造要求進(jìn)行施工。

圖7 剪力墻與梁平面內(nèi)相交力學(xué)模型彎矩內(nèi)力

圖8 剪力墻與梁平面內(nèi)相交力學(xué)模型變形圖

圖9 剪力墻與梁平面外相交力學(xué)模型彎矩內(nèi)力

圖10 剪力墻與梁平面外相交力學(xué)模型變形圖

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

以某框架—核心筒結(jié)構(gòu)5層～9層標(biāo)準(zhǔn)層為研究對象，其中KL4，KL5，KL6，KL7，KL8，KL9 均為一端支座為鋼管柱，一端支座為剪力墻的框架梁，共12個節(jié)點區(qū)域。經(jīng)上述論證框架梁與剪力墻平面外相交時，不考慮箍筋加密區(qū)，從原來的144個箍筋數(shù)降至72個。每層箍筋減少量為72個箍筋，合計重量135 kg。該單位工程共50層，其中地上48層，地下室2層共計節(jié)約重量鋼筋梁M=50×135 kg=6 750 kg，所以整個3號樓共能節(jié)約大概6 750 kg鋼筋(如表1所示)。整個綠地二期T3樓和T4樓結(jié)構(gòu)類似，并且T4比T3工程量更大，在此基數(shù)上更能有質(zhì)有量節(jié)約鋼筋用量，降低工程造價。

表1 鋼筋用量差異對比

5 結(jié)語

因此在進(jìn)行框架—核心筒的施工過程中，對于框架梁與剪力墻連接處鋼筋構(gòu)造，需根據(jù)兩者不同的連接方式，在保證結(jié)構(gòu)安全性、耐久性、舒適性條件下，采取合適的構(gòu)造措施，能夠有效節(jié)約鋼筋用量，控制施工成本。

［1］13G101-11，施工常見問題答疑圖解［Z］.2013.

［2］11G101-1，混凝土結(jié)構(gòu)施工平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖［Z］.2011.

［3］王煥定.結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2012.