框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻端柱設(shè)計探析

羅雅婷

（江西省建筑設(shè)計研究總院，江西 南昌 330046）

1 剪力墻端柱

應(yīng)該明確，框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻端柱是剪力墻的一部分，端柱本質(zhì)是墻，從而增加剪力墻的平面外穩(wěn)定性和平面內(nèi)的延性。當(dāng)平面外有框架梁落到剪力墻的端柱上時，端柱還需要承擔(dān)框架梁傳來的水平力，豎向力由端柱和墻身共同承擔(dān)。在平面內(nèi)框架剪力墻結(jié)構(gòu)中兩端設(shè)置的邊框柱主要是與框架梁或剪力墻暗梁形成閉合的邊框，這時的端柱也起著框架柱的作用，并應(yīng)同時符合框架柱的相關(guān)構(gòu)造要求及剪力墻的構(gòu)造要求。

2 理論分析

結(jié)構(gòu)建模當(dāng)端柱按照框架柱輸入時，框架柱和剪力墻重疊的部分軟件在計算的時候程序會重復(fù)計算，計算出來的結(jié)果可能會存在下列問題：①計算軸壓比會小于實際軸壓比，降低結(jié)構(gòu)的實際延性，導(dǎo)致建筑抵抗地震力等水平力作用下的抗變形能力有所降低，重疊越多越顯著；②抗剪計算時，重疊部分也重復(fù)計算了，這樣計算抗剪能力會大于實際承載能力；③按照力學(xué)方法計算的剛度時，EI=E?（IC+ACX2+IW+AWX2），X 為各柱或墻到樓層形心的距離。因為端柱劃到框架柱的范疇，墻的剛度要減小，對于少墻方向，情況非常明顯，這樣計算出來的整幢建筑的剪切剛度會小于實際剛度，結(jié)構(gòu)自振周期長于實際周期，計算地震力小于實際的地震力。多墻方向可能因為重疊區(qū)域增多，計算可能會增大；④導(dǎo)致端柱承擔(dān)的水平力納入框架柱的范疇，使純框架柱計算承擔(dān)的地震力大于實際承擔(dān)的地震力，甚至可能會使純框架柱承擔(dān)的地震力小于規(guī)范規(guī)定的最小值，框架失去二道防線的能力。結(jié)構(gòu)建模當(dāng)端柱按照墻體輸入時，軟件計算認(rèn)為端柱和墻身形成一體，重疊部分軟件在計算的時候程序不會重復(fù)計算，這樣計算出來的軸壓比會比較接近實際軸壓比。剪切剛度計算時，端柱納入墻體計算，因為在水平力作用下的端柱變形符合柱的剪切變形特征，墻體變形特征符合彎曲變形特征，而實際變形要保持一致，因此計算的剪切剛度會大于實際剛度。結(jié)構(gòu)自振周期會小于實際周期，計算地震力會大于實際地震力，尤其是在剪力墻比較少的方向情況更明顯。當(dāng)計算地震力小于規(guī)范規(guī)定最小值時，影響地震力調(diào)整系數(shù)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不安全。為了解決這個問題，軟件計算結(jié)構(gòu)自振周期時采用規(guī)范給予的計算公式T1=1.7ψT。頂點位移UT 計算時按照規(guī)范給予的方法計算結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，兩種建模方法剛度計算結(jié)果不會差別太大，因而周期計算結(jié)果相差不大。

3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備階段

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)的施工準(zhǔn)備階段，一般在施工設(shè)備以及施工人員入場之后，工作人員按照《施工總平面圖布局圖》的相關(guān)內(nèi)容確定員工宿舍、辦公場地的位置等。同時為了確?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)施工順利進(jìn)行，還應(yīng)該明確主要施工器械的使用方案、勞動力計劃等，保證工程項目施工順利完整。

在施工準(zhǔn)備過程中做好現(xiàn)場測量，按照建設(shè)方提供的水準(zhǔn)點，建立現(xiàn)場的水平以及高程控制網(wǎng)等；在確定追準(zhǔn)點前，由專業(yè)的測量小組對整個水準(zhǔn)點進(jìn)行測試，在確認(rèn)無誤后才能開展施工；之后確定工程的控制軸線網(wǎng)并引出高程控制網(wǎng)。

3.2 土方開挖

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，建筑中常采用筏板基礎(chǔ)模式，受到施工場地因素的影響，一般基坑開挖不具備放坡條件，所以需要做好支護(hù)。在基坑施工階段，采用機(jī)械施工方法，采用反鏟機(jī)挖土方案，選擇自卸式卡車將挖出的土壤運送至現(xiàn)場外。

在土方開挖階段，為了降低施工難度，可采用分級施工方案，其中在第一階段施工中，先挖至15°左右，在護(hù)坡樁施工結(jié)束后再進(jìn)行第二階段施工，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高即可。施工階段在基坑底部預(yù)后30cm 左右的標(biāo)高，采用人工施工方案做清槽。

表1 地震作用時剪重比、周期比、剛重比計算結(jié)果對比

表2 軸壓比計算結(jié)果對比

3.3 鋼筋工程

在框架剪力墻結(jié)構(gòu)施工階段，鋼筋工程是其中的重點內(nèi)容，在鋼筋入場之后，指揮工作人員按照型號分類堆放材料；在施工前進(jìn)行鋼筋加工，但是加工前需要充分清除鋼筋表面的油漬、鐵銹等。在加工鋼筋時需要注意以下兩點：①鋼筋彎曲期間應(yīng)采用機(jī)械冷彎方法，嚴(yán)禁使用氣焊施工工藝；②加工后的鋼筋集中堆放，并做好標(biāo)記，避免誤用。

目前大部分框架剪力墻結(jié)構(gòu)均采用直螺紋連接方法，與鋼筋端部連接的橫縱向鋼筋用輥壓機(jī)處理后，直接輥壓成普通直螺紋，通過專門的直螺紋套筒工藝，構(gòu)建成鋼筋連接體系。其關(guān)鍵工藝如下：通過將鋼筋端部的橫肋和縱肋進(jìn)行剝切處理后，使鋼筋滾絲前的柱體直徑達(dá)到同一尺寸。然后再進(jìn)行螺紋滾壓成型（見圖1）。實現(xiàn)等強(qiáng)度連接，而且接頭還具有優(yōu)良的抗疲勞性能和抗低溫性能。

4 工程實例模型計算結(jié)果分析對比

4.1 工程概況

某星級酒店項目，位于安徽省某市，總用地面積43731.6m2，總建筑面積85020.29m2，總體上呈四合院式布局，中間為景觀內(nèi)庭院，其標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1 所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置

4.2 結(jié)構(gòu)模型分析及方案選擇

本工程結(jié)構(gòu)模型計算采用盈建科YJK 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，剪力墻端柱采取兩種不同方式進(jìn)行建模，模型1 是剪力墻端柱按常規(guī)框架柱輸入，軟件計算時框架柱按桿單元計算；模型2 是剪力墻端柱按墻單元輸入，軟件計算時按墻元計算，程序在不同的建模方式下模型剛度和剛重比計算結(jié)果對比如表1 所示。

表1 中剛度參數(shù)選取是其中7 層計算結(jié)果，另外，周期比、剪重比及位移角計算結(jié)果對比如表2 所示。

從表2 中可以看出，上表計算剛度時是按照規(guī)范給予的公式計算的，因為剛度差別很小，所以兩種建模方式各參數(shù)角計算結(jié)果差異很小。

4.3 結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果對比

從上述模型計算結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，因為軟件計算各項參數(shù)時結(jié)構(gòu)剛度是按照規(guī)范給予公式計算的。所以，兩種不同輸入模型對結(jié)構(gòu)整體參數(shù)指標(biāo)影響不大，可以根據(jù)自己的習(xí)慣建模，但當(dāng)某項參數(shù)接近規(guī)范限值時，應(yīng)分別按照兩種方法建模計算，兩種模型結(jié)果均要滿足規(guī)范限值要求。

5 結(jié)論

（1）對于帶端柱的剪力墻，程序計算時重復(fù)考慮二者重疊的區(qū)域，導(dǎo)致豎向構(gòu)件面積計算誤差，這會影響剪力墻的抗剪承載力和軸壓比的計算，而且剪力墻墻肢截面長度越小，其計算誤差相對就會越大，計算越偏于不安全；

（2）端柱按框架柱輸入模型，計算框架柱承擔(dān)的剪力Vf 會大于實際承載力，影響到Vf≧0.2V0的調(diào)整，從而導(dǎo)致計算結(jié)果不合理，甚至不安全；

（3）當(dāng)程序按墻+柱的方式輸入模型時，容易忽視一個問題，即軟件默認(rèn)端柱的抗震等級按框架柱來定義，而工程設(shè)計通常涉及的框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻的抗震等級往往大于或等于框架的抗震等級，這樣就有可能會定義錯端柱的抗震等級，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計偏不安全，因此，這種情況下應(yīng)人工調(diào)整剪力墻端柱的抗震等級，避免出現(xiàn)設(shè)計錯誤；

（4）當(dāng)某項參數(shù)接近規(guī)范限值時，應(yīng)將端柱按照墻建模復(fù)算，結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范要求。