淺談剪力墻結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談剪力墻結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：根據(jù)規(guī)范，并結(jié)合個(gè)人體會(huì)，對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念、邊緣構(gòu)造、連梁的設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行分析，淺談想法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：基本概念；邊緣構(gòu)造；連梁的設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　城市的不斷發(fā)展使得高層建

2、筑應(yīng)運(yùn)而生，隨著高層的發(fā)展，住宅平面與空間的要求越來(lái)越高，原來(lái)普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。于是剪力墻結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式。筆者結(jié)合自身體會(huì)表述如下，不足及謬誤之處還望批評(píng)指正。 </p><p>　　1 剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念 </p><p>　　1.1 剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板

3、，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其長(zhǎng)度與厚度的比值，當(dāng)比值小于或等于4 時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢長(zhǎng)與肢寬之比略大于4 或略小于4時(shí)可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力，彎矩，剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下剪力墻除需滿足剛度強(qiáng)度要求外，

4、還必須滿足非彈性變形反復(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：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。 </p><p>　　1.3 實(shí)際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻: 整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開(kāi)洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂,當(dāng)剪力墻墻肢較長(zhǎng)時(shí)，在力作用下法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱,配筋應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端；為防止剪切破壞，

5、提高延性應(yīng)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；為避免斜壓破壞墻肢不能過(guò)小也不宜過(guò)長(zhǎng)，以防止截面應(yīng)力相差過(guò)大。 </p><p>　　聯(lián)肢墻是由連梁連接起來(lái)的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨(dú)作用顯著，連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn)要注意墻肢軸壓比限值。 </p><p>　　壁式框架：當(dāng)剪力墻開(kāi)洞過(guò)大時(shí)形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內(nèi)力作用

6、下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn)，墻已類似框架的受力特點(diǎn)，因此計(jì)算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。 </p><p>　　綜上所述，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點(diǎn)，不同的受力特征，墻體內(nèi)力分布狀態(tài)并結(jié)合其破壞形態(tài)，合理地考慮設(shè)計(jì)配筋和構(gòu)造措施。 </p><p>　　1.4 墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗(yàn)算。當(dāng)受較大集中

7、荷載作用時(shí)再增加對(duì)局部受壓承載力驗(yàn)算。在剪力墻承載力計(jì)算中，對(duì)帶翼墻的計(jì)算寬度按以下情況取其小值：即①剪力墻之間的間距；②門窗洞口之間的翼緣寬度；③墻肢總高度的1/10；④剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6 倍的長(zhǎng)度。 </p><p>　　1.5 為了保證墻體的穩(wěn)定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規(guī)范要求一、二級(jí)抗震墻時(shí)墻的厚度應(yīng)≥160mm，底部加強(qiáng)區(qū)宜≥200mm，三、四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)應(yīng)≥14

8、0mm，豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。 </p><p>　　以上所述的剪力墻設(shè)計(jì)中的概念問(wèn)題可能絕大部分設(shè)計(jì)人員都懂，但實(shí)際應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中，施工圖紙表達(dá)出來(lái)的東西有時(shí)則存在很大差別，追究原因，許多是與具體的構(gòu)造處理有關(guān)，因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。 </p><p>　　2 剪力墻的邊緣構(gòu)造 </p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明矩形截面剪力墻的延性

9、比工字形或槽形截面剪力墻差；計(jì)算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性；因此在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動(dòng)提高抗剪能力。從89 規(guī)范開(kāi)始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻（柱）、轉(zhuǎn)角墻（柱），也就是目前規(guī)范中的約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件的抗震措施。 </p><p>　　2.2 對(duì)規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門的設(shè)計(jì)。有人將每一軸線的墻理解為一片墻

10、僅在端墻設(shè)暗柱，有人將凡是拐角或洞口邊都設(shè)暗柱，而即使是公開(kāi)發(fā)表出版的權(quán)威參考書或設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)暗柱（翼墻柱）的截面取值也出現(xiàn)了以下三種不同尺寸，因此造成配筋的差別很大，甚至相同的資料由于出版的時(shí)間不同，對(duì)規(guī)范的理解也有所不同。 </p><p>　　2.3 從2002 年開(kāi)始實(shí)施的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及受力狀況，對(duì)剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強(qiáng)邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強(qiáng)部位要求分為約

11、束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。 </p><p>　　“抗規(guī)”GB50011-2001 規(guī)定抗震墻結(jié)構(gòu)、部分框支抗震墻中落地剪力墻當(dāng)一、二級(jí)抗震時(shí)底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層均應(yīng)按要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；但對(duì)于一般抗震墻結(jié)構(gòu)（除部分框支墻外）當(dāng)滿足墻肢軸壓比限值界線值時(shí)可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?！翱挂?guī)”未明確框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻需設(shè)置約束邊緣構(gòu)件時(shí)抗震墻的抗震等級(jí)和軸壓比界限值；但根據(jù)混凝土規(guī)范11.7.14

12、 條筆者理解框架- 剪力墻不受一、二抗震等級(jí)限制，凡底部加強(qiáng)區(qū)及其上一層當(dāng)不滿足軸壓比限界時(shí)則均應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。綜合分析“抗規(guī)”、“砼規(guī)”和“高規(guī)”設(shè)計(jì)約束邊緣構(gòu)件時(shí)，框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)嚴(yán)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)，因此規(guī)范要求的條件也就多了一些，設(shè)計(jì)中應(yīng)引起注意。由于各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的的編寫出版、發(fā)布、實(shí)施的時(shí)間不同，加上編寫人認(rèn)識(shí)上的差別，各規(guī)范在一些條文內(nèi)容上還存在不協(xié)調(diào)和不一致的地方。在此必須指出設(shè)計(jì)中不但要復(fù)核短墻肢軸壓比

13、，也要復(fù)核長(zhǎng)墻肢的軸壓比：抗震墻結(jié)構(gòu)中，當(dāng)層數(shù)在15 層以內(nèi)時(shí)其墻肢軸壓比一般都小于0.2，所以一般除9 度地震區(qū)外，都可以不設(shè)約束邊緣構(gòu)件（高層底部加強(qiáng)區(qū)除外），只需設(shè)計(jì)構(gòu)造邊緣構(gòu)件，不少設(shè)計(jì)都忽</p><p>　　3 剪力墻連梁的設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 關(guān)于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)

14、裂縫，剛度減弱，內(nèi)力重分布。因此在開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》第417 條規(guī)定“: 在內(nèi)力與位移計(jì)算中,所有構(gòu)件均可采用彈性剛度,在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁的剛度可予以折減,折減系數(shù)不應(yīng)小于0.55?！币话阍趯?shí)際設(shè)計(jì)中我們?cè)?.55—1 之間取值，以符合截面設(shè)計(jì)的要求。 </p><p>　　3.2 加連梁跨度減少高度。在連梁設(shè)計(jì)中,剛度折減后,仍可

15、能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況, 這時(shí)可以增加洞口的寬度,以減少連梁剛度。減少了結(jié)構(gòu)的整體剛度,也就減少了地震作用的影響,使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限,則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來(lái)解決。調(diào)整的幅度不宜大于20%,且連梁必須滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。 </p><p>　　3.3 增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度,其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增

16、加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個(gè)比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　3.4 提高混凝土等級(jí)?；炷恋燃?jí)提高后，結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力不超限。 </p><p>　　3.5 地震區(qū)高層建筑的剪力墻

17、連梁,在進(jìn)行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時(shí)，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強(qiáng)剪弱彎”的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時(shí)，如果不能保證連梁在大震時(shí)的延性要求，應(yīng)重新計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)，必要時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使連梁的承載力符合要求。 </p><p>　　上述各種措施中，在能滿足整體剛度的情況下，可先采用剛度折減，如仍超限可采用其余各種措施。 </p><p>　　3 剪力墻混

18、凝土裂縫控制措施 </p><p>　　對(duì)于澆筑混凝土的工作來(lái)說(shuō)，裂縫的控制是一個(gè)比較麻煩的問(wèn)題，施工過(guò)程中首先要考慮干縮裂縫，另外要控制混凝土的溫度裂縫，混凝土表面的溫度和大氣的溫度之間要滿足一系列規(guī)定的要求的，所以依靠模板的保溫使轉(zhuǎn)換梁不出現(xiàn)溫度裂縫。對(duì)于干縮裂縫的控制我們應(yīng)該采取從原材料到施工再到養(yǎng)護(hù)等一系列的措施進(jìn)行解決的。通常我們可以采取一下幾點(diǎn)措施： </p><p>　　(1

19、)在混凝土內(nèi)摻和水泥的UEAH 膨脹劑，這樣可以補(bǔ)償混凝土凝結(jié)時(shí)的收縮。 </p><p>　　(2)為了避免溫度裂縫出現(xiàn)，可以在混凝土中加如適量的減水劑，降低水化熱。 </p><p>　　(3)在施工中應(yīng)該在滿足泵送的基礎(chǔ)上盡量用小值，對(duì)混凝土坍落度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)。 </p><p>　　(4)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施方面，混凝土澆筑后，在表面鋪上一定數(shù)量的麻袋，使其保持濕

20、潤(rùn)。對(duì)于大梁的側(cè)模也應(yīng)該注意保水的工作，在大梁的澆筑完成后的3d之中是不允許拆側(cè)模的，在混凝土的表面保持濕潤(rùn)。且保證混凝土在養(yǎng)護(hù)期的14d中處于濕潤(rùn)的狀態(tài)。 </p><p><b>　　4 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　正確地運(yùn)用結(jié)構(gòu)受力的基本概念要求進(jìn)行方案布置，在重視定性分析判斷的前提下選用合適的設(shè)計(jì)軟件及構(gòu)建與之相適應(yīng)的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，才是正確的設(shè)計(jì)方