對(duì)剪力墻的認(rèn)識(shí)與把握

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對(duì)剪力墻的認(rèn)識(shí)與把握

1、規(guī)范對(duì)剪力墻的相關(guān)規(guī)定

1）剪力墻的劃分：依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2002（以下簡(jiǎn)稱：“高規(guī)”）的相關(guān)規(guī)定，各類墻肢截面高寬比（截面高度與厚度 的比值，即 / ）見(jiàn)表1。

表1     各類剪力墻的墻截面高寬比

剪力墻分類

一般剪力墻

短肢剪力墻

超短肢剪力墻

柱形墻肢

剪力墻截面高寬比

＞8

8≥ ≥5

5＞ ＞3

≤3

說(shuō)明：表中“超短肢剪力墻”、“柱形墻肢”是筆者為便于區(qū)分不同情況而劃分的。

2）關(guān)于短肢剪力墻：短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表2。

表2     短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

序號(hào)

項(xiàng)目

規(guī)定

1

結(jié)構(gòu)的最大適用高度H

（抗震與非抗震）

比剪力墻適當(dāng)降低，且7度H≤100m、8度H≤60m

2

筒體和一般剪力墻承受的

第一振型底部地震傾覆力矩

≥0.5

為結(jié)構(gòu)總底部?jī)A覆力矩

3

短肢剪力墻的抗震等級(jí)

應(yīng)比一般剪力墻提高一級(jí)

4

短肢剪力墻的軸壓比

抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)時(shí)分別不宜大于0.5、0.6和0.7；

無(wú)翼墻或端柱時(shí)其軸壓比限值降低0.1

5

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻除底部加強(qiáng)部位外的各層剪力設(shè)計(jì)值增大系數(shù)

一級(jí)1.4、二級(jí)1.2

6

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的最小配筋率

底部加強(qiáng)部位1.2%

其他部位1.0%

7

短肢剪力墻的最小截面厚度

200mm

8

7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)

短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁

2、對(duì)規(guī)范規(guī)定的理解與認(rèn)識(shí)

1）“混凝土規(guī)范”規(guī)定 ＞4時(shí)，按剪力墻要求設(shè)計(jì)；

2）對(duì)于 ≤3的剪力墻墻肢，規(guī)范規(guī)定按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。注意：此處規(guī)范規(guī)定的是“按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)”，就是在抗力設(shè)計(jì)時(shí)，采用柱截面計(jì)算的原則來(lái)確定墻肢的，其他要求同墻。有文獻(xiàn)提出墻肢的軸壓比也按框架柱要求。比較可以發(fā)現(xiàn)，在抗震等級(jí)相同時(shí)，規(guī)范對(duì)于框架柱的軸壓比限值要遠(yuǎn)大于對(duì)墻肢軸壓比限值，因此對(duì)小墻肢按框架柱要求控制軸壓比是不合適的。

3）當(dāng)短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施，見(jiàn)表2，概括起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）短肢剪力墻的縱向配筋，不區(qū)不同分抗震等級(jí)，加強(qiáng)部位相當(dāng)于一級(jí)抗震等級(jí)時(shí)的一般剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配筋要求，其他部位則當(dāng)于二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)的一般剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配筋要求。

（2）對(duì)短肢剪力墻應(yīng)進(jìn)行剪力再增大（增大系數(shù)：一級(jí)1.4，二級(jí)1.2）。

（3）對(duì)普通剪力墻只限制加強(qiáng)部位的軸壓比（一級(jí)0.5（9度0.4）、二級(jí)0.6），而對(duì)短肢剪力墻則限制所有部位（加強(qiáng)區(qū)與非加強(qiáng)區(qū)）的軸壓比（一級(jí)0.5、二級(jí)0.6、三級(jí)0.7）。

（4）對(duì)一字形短肢剪力墻應(yīng)采取比帶翼墻短肢剪力墻更嚴(yán)格的抗震措施（軸壓比限值再降0.1）。

4）當(dāng)短肢剪力墻不較多時(shí)，可不采取短肢剪力墻較多時(shí)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施；

5）抗震與非抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)均不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

6）規(guī)范沒(méi)有明確規(guī)定單層及多層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；

3、對(duì)剪力墻劃分的設(shè)計(jì)建議

1）短肢剪力墻的實(shí)用劃分原則：短肢剪力墻（8≥ / ≥5）分為一字形短肢剪力墻和帶翼墻（翼墻長(zhǎng)度≥3 時(shí)）短肢剪力墻。當(dāng)剪力墻截面厚度 ≥H/15（H為層高）、 ≥300mm且 ≥2000mm的墻，可不按短肢剪力墻考慮。（注意：廣東省標(biāo)準(zhǔn)（DBJ/T 15-46-2005）規(guī)定：“剪力墻截面高度與厚度之比大于4、小于8時(shí)為短肢剪力墻。當(dāng)剪力墻截面厚度不小于層高的1/15，且不小于300mm，高度與厚度之比大于4時(shí)仍屬一般剪力墻”。上述規(guī)定在墻厚300mm時(shí)出現(xiàn)很大的跳躍）。

2）對(duì)有效翼墻的判定，有資料依據(jù)規(guī)范對(duì)剪力墻邊緣構(gòu)件范圍的規(guī)定，來(lái)定義T型截面剪力墻的翼墻長(zhǎng)度（要求在翼墻寬度每側(cè)不小于2倍墻厚時(shí)才認(rèn)定翼墻有效）是不合理的，任何情況下，當(dāng)翼墻長(zhǎng)度不小于墻肢厚度 （注意此處是墻肢的截面厚度，而不是翼墻本身的截面厚度 ）的3倍時(shí)，均可認(rèn)為翼墻有效。

3）對(duì)短肢剪力墻較多的判別

所謂“短肢剪力墻較多”沒(méi)有定量的界限，但從概念上說(shuō)，可以從承受豎向荷載的能力、結(jié)構(gòu)底部的傾覆力矩及結(jié)構(gòu)的均勻?qū)ΨQ性三方面綜合確定，當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，可判定為“短肢剪力墻較多”。

（1）短肢剪力墻的截面面積占剪力墻總截面面積50%以上；

（2）短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩達(dá)到結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的40%~50%時(shí)；

（3）短肢剪力墻承受荷載的面積較大，達(dá)到樓層面積的40%~50%以上（較高的建筑允許的面積應(yīng)取更小的數(shù)量）；

（4）短肢剪力墻的布置比較集中，集中在平面的一邊或建筑的周邊。也就是說(shuō)，當(dāng)短肢剪力墻出現(xiàn)破壞后，樓層有可能倒塌。

上述（1）、（2）項(xiàng)，其本質(zhì)是對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆力矩的判別，比較可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)按（1）要求判別時(shí)，短肢剪力墻的傾覆力矩約為結(jié)構(gòu)傾覆力矩的20%~30%，相比（2）小得多；（3）、（4）項(xiàng)則從短肢剪力墻承受豎向荷載的能力及結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ的角度來(lái)把握。

4）當(dāng)在剪力墻結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量的短肢剪力墻時(shí)，并不影響對(duì)原結(jié)構(gòu)體系的判別，其結(jié)構(gòu)仍可確定為剪力墻結(jié)構(gòu)，可不采取規(guī)范對(duì)短肢剪力墻較多時(shí)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施；

4．剪力墻傾覆力矩比對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響分析

1）對(duì)任何形式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，都可以通過(guò)結(jié)構(gòu)底部剪力墻的傾覆力矩與結(jié)構(gòu)底部總傾覆力矩 的比值加以區(qū)分（圖1），結(jié)構(gòu)體系與 / 的大致關(guān)系見(jiàn)表3。

圖1   結(jié)構(gòu)體系與 / 的大致關(guān)系

表3          結(jié)構(gòu)體系與 / 的大致關(guān)系

結(jié)構(gòu)體系

純框架結(jié)構(gòu)

少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)

強(qiáng)框架

弱框架

/

0

0~0.2

0.2~0.5

0.5~0.8

0.8~1.0

1.0

注：對(duì)應(yīng)于少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，上表相應(yīng)確定少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2）剪力墻傾覆力矩的取值

對(duì)剪力墻傾覆力矩的取值部位，規(guī)范沒(méi)有明確的規(guī)定（短肢剪力墻較多時(shí)除外），應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，一般情況下，對(duì)均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)可取結(jié)構(gòu)底部，對(duì)其他結(jié)構(gòu)可取底部加強(qiáng)部位。

3）對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，可根據(jù) / 比值判定為強(qiáng)框架或弱框架的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

（1）當(dāng)0.2＜ / ＜0.5時(shí)，屬于強(qiáng)框架的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地框架的抗震等級(jí)按框架結(jié)構(gòu)確定；

（2）當(dāng)0.5≤ / ＜0.8時(shí)，屬于弱框架的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，為典型的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系；

（3）是否可將結(jié)構(gòu)確定為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵看結(jié)構(gòu)是否能真正形成二道防線。

4）關(guān)于少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)

在剪力墻結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量的框架，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件仍為剪力墻，少量框架根本起不到二道防線的作用，因此，不能將其歸類為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的原則，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，可不考慮框架柱的抗側(cè)作用（在框架柱EA不變時(shí)，對(duì)EI取小值），按純剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算；對(duì)框架柱可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架柱設(shè)計(jì)。

5）關(guān)于少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)

（1）少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)仍應(yīng)歸類為框架結(jié)構(gòu)；

（2）只有在純框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算滿足規(guī)范要求，而框架結(jié)構(gòu)的彈性位移角不滿足1/550的要求時(shí)，才設(shè)置少量剪力墻以使結(jié)構(gòu)的彈性位移滿足1/550的要求，設(shè)置剪力墻的根本目的是為了利用剪力墻的彈性剛度，滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)的彈性位移限值要求；

（3）規(guī)范只規(guī)定“結(jié)構(gòu)分析計(jì)算應(yīng)考慮該剪力墻與框架的協(xié)同工作”，但僅進(jìn)行協(xié)同工作計(jì)算是不夠的，對(duì)框架結(jié)構(gòu)應(yīng)分步計(jì)算，即按純框架結(jié)構(gòu)（去除剪力墻）計(jì)算、按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的原則，框架的抗震等級(jí)按框架結(jié)構(gòu)確定；

（4）應(yīng)特別注意：對(duì)少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)驗(yàn)算在剪力墻失效后（去除剪力墻）結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，并應(yīng)使其滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)的要求。

（5）剪力墻的設(shè)計(jì)

規(guī)范未明確少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)中剪力墻的設(shè)計(jì)原則，這給剪力墻設(shè)計(jì)帶來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy，剪力墻的設(shè)計(jì)也成為此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)，其關(guān)鍵問(wèn)題集中在剪力墻的抗震等級(jí)的確定和配筋原則等。

有文獻(xiàn)要求按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)確定剪力墻的抗震等級(jí)并配筋，實(shí)際工程中問(wèn)題很多，首先，結(jié)構(gòu)體系混淆不清，與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)混為一談，其次，由于設(shè)置的剪力墻很少，剪力墻的超筋現(xiàn)象很普遍，也無(wú)法按一般剪力墻設(shè)計(jì)。為此文獻(xiàn)[4、5]提供了對(duì)剪力墻設(shè)計(jì)的三種方法供讀者選擇采用。

（6）特別建議

由于布置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)原則及具體設(shè)計(jì)中存在諸多不確定因素，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖審查帶來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy，筆者建議，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用，盡可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能較好的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)必須采用時(shí)，應(yīng)提前與施工圖審查單位溝通，以利于設(shè)計(jì)順利進(jìn)行，避免返工。

6）根據(jù) / 的比值確定結(jié)構(gòu)體系，在對(duì)結(jié)構(gòu)體系區(qū)分的量值把握上可以有所不同（如圖1中0.2和0.8），但不影響對(duì)結(jié)構(gòu)體系的宏觀控制標(biāo)準(zhǔn)，為此在實(shí)際工程中應(yīng)盡量避免采用結(jié)構(gòu)體系分界線附近的結(jié)構(gòu)（圖1中 / =0.2、0.8附近區(qū)域），避免因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整帶來(lái)結(jié)構(gòu)體系飄忽，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工圖審查帶來(lái)困難。

 

 

參考文獻(xiàn)

[1] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

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[4] 朱炳寅。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用圖解中國(guó)建筑工業(yè)出版社2005。

[5] 朱炳寅。配置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)。技術(shù)通訊2007.5