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剪力墻設(shè)計中的基本概念
1.剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小,幾何特征像板,受力形態(tài)接近于柱,而與柱的區(qū)別主要是其長度與厚度的比值,當(dāng)比值小于或等于3時可按柱設(shè)計。
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,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)計成延性彎曲型。
3.實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)片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂,當(dāng)剪力墻墻肢較長時,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,提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計內(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小也不宜過長,以防止截面應(yīng)力相差過大。
聯(lián)肢墻是由連梁連接起來的剪力墻,但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多,墻肢單獨作用顯著,連梁中部出現(xiàn)反彎點要注意墻肢軸壓比限值。
壁式框架:當(dāng)剪力墻開洞過大時形成寬梁、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)力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點,墻已類似框架的受力特點,因此計算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。
綜上所述,設(shè)計剪力墻時,應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點,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)計配筋和構(gòu)造措施。
4.墻的設(shè)計計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算。當(dāng)受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中,對帶翼墻的計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倍的長度。
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、二級抗震墻時墻的厚度應(yīng)≥160mm,底部加強(qiáng)區(qū)宜≥200mm,三、四級抗震等級時應(yīng)≥140mm,豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。 注意:2011版新抗規(guī)將墻厚與層高比例的要求,由“應(yīng)”改為“宜”,并增加無支長度的相應(yīng)規(guī)定。
以上所述的剪力墻設(shè)計中的概念問題可能絕大部分設(shè)計人員都懂,但實際應(yīng)用到工程設(shè)計中,施工圖紙表達(dá)出來的東西有時則存在很大差別,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。
二.剪力墻的邊緣構(gòu)造
1.結(jié)構(gòu)試驗表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差;計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)生水平剪切滑動提高抗剪能力。從89規(guī)范開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。
2.對規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門的設(shè)計。有人將每一軸線的墻理解為一片墻僅在端墻設(shè)暗柱,有人將凡是拐角或洞口邊都設(shè)暗柱,而即使是公開發(fā)表出版的權(quán)威參考書或設(shè)計手冊對暗柱(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間不同,對規(guī)范的理解也有所不同。
3.從2002年開始實施的建筑結(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)部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。
“抗規(guī)”GB50011-2011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、二級抗震時底部加強(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可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。“抗規(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)件時抗震墻的抗震等級和軸壓比界限值;但根據(jù)混凝土規(guī)范11.7.14條筆者理解框架-剪力墻不受一、二抗震等級限制,凡底部加強(qiáng)區(qū)及其上一層當(dāng)不滿足軸壓比限界時則均應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。
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