剪力墙设计的几个问题三

剪力墙设计的几个问题(一)一.剪力墙设计中的基本概念1．剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小，几何特征像板，受力形态接近于柱，而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值，当比值小于或等于4时可按柱设计，当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱，按双向受压构件设计。2．剪力墙结构中，墙是一平面构件，它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力，弯矩，剪力的复合状态下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求：墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏，因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。3．实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙：整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂，当剪力墙墙肢较长时，在力作用下法向应力呈线性分布，破坏形态似偏心受压柱，配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端；为防止剪切破坏，提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率；为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长，以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙，但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多，墙肢单独作用显著，连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。壁式框架：当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙肢，构件形成两端带有刚域的变截面杆件，在内力作用下许多墙肢将出现反弯点，墙已类似框架的受力特点，因此计算和构造应按近似框架结构考虑。综上所述，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，不同的受力特征，墙体内力分布状态并结合其破坏形态，合理地考虑设计配筋和构造措施。4．墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中，对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值：即①剪力墙之间的间距；②门窗洞口之间的翼缘宽度；③墙肢总高度的1/10；④剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。5．为了保证墙体的稳定性及便于施工，使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力，规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应≥160mm，底部加强区宜≥200mm，三、四级抗震等级时应≥140mm，竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。以上所述的剪力墙设计中的概念问题可能绝大部分设计人员都懂，但实际应用到工程设计中，施工图纸表达出来的东西有时则存在很大差别，追究原因，许多是与具体的构造处理有关，因此造成墙的截面和配筋差别大不合理。二.剪力墙的边缘构造1．结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差；计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性；因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性，还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙（柱）、转角墙（柱），也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。2．对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱，有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱，而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱（翼墙柱）的截面取值也出现了以下三种不同尺寸，因此造成配筋的差别很大，甚至相同的资料由于出版的时间不同，对规范的理解也有所不同。3．从2002年开始实施的建筑结构规范，根据结构类型及受力状况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。“抗规”GB50011-2001规定抗震墙结构、部分框支抗震墙中落地剪力墙当一、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件；但对于一般抗震墙结构（除部分框支墙外）当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。“抗规”未明确框架-剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等级和轴压比界限值；但根据混凝土规范11.7.14条笔者理解框架-剪力墙不受一、二抗震等级限制，凡底部加强区及其上一层当不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、“砼规”和“高规”设计约束边缘构件时，框剪结构、框支结构、框筒结构的要求应严于一般剪力墙结构，因此规范要求的条件也就多了一些，设计中应引起注意。由于各规范标准的的编写出版、发布、实施的时间不同，加上编写人认识上的差别，各规范在一些条文内容上还存在不协调和不一致的地方。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比，也要复核长墙肢的轴压比：抗震墙结构中，当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2，所以一般除9度地震区外，都可以不设约束边缘构件（高层底部加强区除外），只需设计构造边缘构件，不少设计都忽视了这点，造成浪费。(待续)剪力墙设计的几个问题（二）（续接）畅4认．概魂规范标准之间彻矛盾问题举部例溉闭①拨.GB500六11-200歌1曲第畅项条规定暗柱截愚面长度仅需满喷足累b雪w孕及勉≥往400mm荐，不要求满宣足缠lc/2灌,巷在翼墙（柱）哪中只要求满足贺壁耻柱伙≥族300mm狸，不受墙春厚糖b赛w似的限制，而鹿与送“应砼样规勉”张的要求矛盾。建笔者认饺为篇“拌抗誉规部”流GN5001补1吐的规定比较合绕理；实际工程刺中按现行规范固要求需要设暗炕柱之处绝大部筝位为对门窗洞贪口边缘的加强勾，其墙肢属于撒联肢墙，非一贴字型矩形墙体床，联肢墙连梁疾起耗散地震能炭量作用，受力惭状况和延性较盏好，在整体受置力时当洞口较是小时，往往墙但体显槽形截面叮，前因此在剪力墙代结构中除设置鼓角窗处外，暗伸柱截面尺寸不柄必过大；而翼雷墙（柱）处实森际上只是建筑皂横墙肢的端边舞缘，不属纵墙稿肢的端边缘，骡在纵向水平力熄作用下，纵向绵墙法向应力呈寻线性分布，纵劝墙肢受力似同境偏压柱；横纵陈交点处刚度，勉约束性能好，嫁因此对于翼墙歼（柱）的截面王取值也没必要萍过大；截面过猴大的暗柱和翼爬柱往往还容易恨形成连在一起化，造成纵墙竖迫向配筋增加过史多。但转角墙掠（柱）则是剪封力墙很重要的蜻部位，必须严含格遵守规范的割规定沫。缎拒②雕.值构造边缘构件载虽灵然达“虽抗圆规摸”削、售“坟砼疤规槐”代和堂“巧高宝规额”废都规定了配筋消要求，但比较砍三本标准所给情出的配筋要求运的表格中的内牧容则是矛盾的弱，是不协调的顶；笔者认虫为轨“壤砼浆规喂”侨GB5001算0-200欣2哭表爱抖6朴的要求比较合何理。昌而旦“榆抗街规塞”序和揉“旧高脱规蜂”浅表中的配筋要核求是不够合理影或是不够严密哲的。还应指出拆三本规范中所夏给出的纵向构莫造筋的数里量紫4妹根庙或溉6教根是不实际的笨；例如对于转怀角墙（柱）的徒纵向筋数量，皇由于墙纵向筋良的间距不宜大赛于焦30莫0削，又受墙厚限三制，角柱的最赚小的纵向筋应颠为器8火根，当墙坡厚荣≥伏30冬0袋时则最少需懒要腊1崖2锹根，不会出弦现跳4抢根拔或诞6寿根的情况菠。机飘三．剪力墙结丢构的厚度和配如筋问题剂猫1慕．杯佳根据抗震规范续与条规定妖，冬8箩度地震区剪力农墙结构的抗震黄等级至少应为济二级；烈按隐6.4.备1桑条要求剪力墙兽底部加强部位先墙厚一、二级身抗震等级时不怒宜小于附200mm粱，且不小于层肺高裂的枕1/1吓6畅，其他部位不萄小于替160mm斗，当墙端头无登翼墙或暗柱时辫不应小于层高泳的下1/1僵2俗。以上规定目吩的是为防止因趴墙体平面外刚骑度过小，稳定危性差，容易在吃偏心荷载作用局下压屈失稳，主但这些规定对发于八度地震区猜的多层及低高捎层剪力墙结构榜显得不够合理纪。例近如确5~1石5反层的剪力墙结蹦构，一般墙肢救在重力荷载代牵表值作用下轴萄压比都小性于格0.隙2音，电算结果墙庆体往往只需要荡构造配筋，但育只因底部功能支要求劲3.9m衫层高，墙厚就讨得胖240mm僻,涌若业主要求室面内视野开阔，筝不设外纵墙，阴横墙朝外端头乱不允许带翼墙吼或端柱时，当揪层殊高跑3>5~侦4.2m灯时，则墙厚需袍要派320~早350mm伪,甲显然不合理。竹所以像这样的法特殊情况的低奖多层建筑不应贸要求死扣规范算，而通过采用伟概念设计分析犁，控制墙肢轴完压比，进行墙靠体截面条件、姐强度和稳定性放验算并在构造可上适当加强暗梦柱或配筋，保聚证其整体性连立接等措施，是屠可以使墙厚减框小的盖。注锅2绵．脊朱墙体的配筋率乐，目前甜在兰“脖砼厚规惕”际禽1璃条文强制规定储在一、二、三涂级抗震等级的船剪力墙中，竖蝶向和水平分布伸筋的最小配筋妥率均不应小谣于危0.25%是;故部分框支剪力潮墙底部加强部肤位的配筋率不些应小肢于袖0.3%机;浪这配筋率比其君在跨8泼0级年代前的配筋礼率损).07~0庸.1钻%璃要大多了，和逐国外的配筋耀率奸0.1~0.猫25赛%村的高者基本接搜轨，这在高层编或者较长的剪都力墙结构中应元该是合理的，习但对于低矮、阳短小的剪力墙下值得探讨沃。研翅墙的水平分布初筋是为横向抗怀剪以防止墙体裳在斜裂缝出现丸后发生脆性剪浙切破坏，同时烟起到抵抗温度垃应力防止砼出年现裂缝，设计不中当建筑物较体高较长或框剪钞结构时配筋宜近适当增加，特肢别在连梁部位修或温度、刚度兴变化等敏感部典位宜适当增加腥。但对于矮、宪短的房屋，其啦水平筋的配筋治率是否适当减风小值得探讨。叛克墙的竖向钢筋度主要起抗弯作裤用，目前在一舱些多层低高层盾剪力墙中电算挖结果多为构造胁配筋；但配筋槽时所取的配筋盛率有人往往扣约除了约束边缘伴构件或构造边手缘构件中的钢珍筋，笔者认为泽竖向最小配筋胶率应该包括边补缘构件中的钢湿筋，墙肢的竖宝向配筋原则也姨应该尽量将钢摊筋布置在墙端掌部边缘区并保烤证钢筋间袜距萄≦苗300mm杜，也应该注意利防止竖筋过多陷使墙的抗弯强统度大于抗剪强炒度，对抗震不讽利退。捉乒四．剪力墙结窜构的超长问题歪坐1.些混凝土规范裳唇条规定现浇混押凝土剪力墙结秤构的温度伸缩点缝最大间距当汉在室内或土中冶时为爷45m孕，露天时为俗30m态;打而现浇框架剪剂力墙或框架核已心筒结构的伸英缩缝间距可诚取因45~缘55m距.猪规范的这一规毯定显然与现今灶建筑的体量越秩来越大但功能晨又要求不设缝赢发生矛盾；因汪此目前许多工洽程中的伸缩缝年间距都突破了稠规范的规定，宽也造成了设计航人员在设计中交遇到超长结构豆时的胆量越来印越大。笔者认战为今后当剪力呼墙结构超长时所，应该慎重处殊理为好，过长喷时应该尽量设辣置温度伸缩缝舌，宜较严格遵时守规范规定的弯限值，理由如喇下钢：到爷①聋．茫区剪力墙结构刚德度大，受温差挣影响大，混凝趟土的收缩、徐芽变产生的变形陕大，墙体对楼驼面、屋面产生杆的约束也大；闯当结构发生收棚缩变形时比其岸他结构易出现睬裂缝。一些未妨超长的剪力墙纯结构产生墙体妻或楼面裂缝，蓝其主要原因就赤在此。垫饿②你．歪查剪力墙结构多败用于商品住房无和公寓，使用念状况复杂，一迫旦私人购买的集房子出现裂缝艰，虽然没有安睛全问题，但处犁理起来问题多语，难度大，社耳会影响大。湾型③饿．环们混凝土结构受敌温度或收缩徐犯变的影响与众海多因素有关；战而体型庞大的绝剪力墙房屋往昌往形状复杂，后混凝土收缩大差，约束应力积置聚也大，施工蒜工艺及管理也商难控制，环境签影响使用变化抹难于判断，因络此更难于解决眼混凝土收缩变叛形时，在受约崭束条件下引起元拉应力而保证本不出现裂缝。快链④慈．歪区目前混凝土的坛收缩量不断增证大，已由眉8之0雕年代的一般收宽缩剩量删30残0负μ清ε丈上升痰到乔40驴0膛μ膛ε篮以上，因此使碰混凝土用量大延的剪力墙产生闸裂缝的因素在霜增大忆。跟虽⑤脖．怠砌目前随着市场久形势的变化，坛大部分工程要慕赶工加班，质酱量难保证，为续赶工混凝土中刃水泥用量普遍乒增大，使混凝伤土收缩量增大您，加上由于混省凝土强度的提滑高，使弹性模根量增加将引起挂更大的约束拉篮应力产生，使穿结构出现裂缝涝的因素增多。凯话⑥药．次揪普遍使用商品玩混凝土泵送施晌工，为了泵送朵，增大水泥用薯量，减少了中爽粗骨料含量和使骨料粒径，加揉上泵送混凝土绳配合比和施工拦送料时的不良届因素影响等都浪加大了结构收润缩量，增加产辛生裂缝的因素杰。逢奉综上所述，今麻后在处理超长拦结构时，特别伞是处理超长的群剪力墙结构时珠要特别慎重；她当发生实在由田于建筑使用功病能要求不允许老超长建筑设永抓久缝时，建议站采用对结构施浩加预应力的方奶法并结合采用深设计构造措施晨、施工措施共静同给予处理伙剪力墙设计的椒几个问题（三者）佣（续接）雄高层建筑剪力撑墙连梁设计的唱探讨脉巨与剪力墙相连舒的梁称为连梁楼。连梁一般具奋有跨度小，截鸡面大，与连梁皱相连的墙体刚生度又很大等特絮点。因此，高屋层建筑在水平虎力作用下，连塔梁的内力往往勇很大。设计时季，即使采取了竞降低连梁内力见的各种措施，焰如：加大剪力脂墙的洞口宽度逐；在连梁中部寻开水平缝，在抵计算内力和位喂移时对连梁刚蹲度进行折减，刻对局部内力过乱大层的连梁内陵力进行调整等墓，仍无法使连脉梁的截面三设计符合要求雾。由于设计规隔范对此没有明蜓确规定，因此最，设计时感到锋无所适丛。而损设计、构造不球当将会造成结基构在抵抗水平尾力时的强度、封刚度不符合要门求，进而影响脂承受竖向荷载劫的能力。本文舅将讨论高层建惹筑剪力墙中连奥梁设计的几个轨问题，并提出乞相应的建议。焰对于一端与墙政相连，一端与晌框架柱相连的牢梁，可以看成翅是连梁的一个月特例。柿串一．联肢墙在扇水平力作用下壁的破坏机制版作高层建筑联肢剃墙在水平力作将用下的破坏分曲为脆性破坏（车即剪切破坏）锅和延性破坏（招即弯曲破坏）走两种。联肢墙书的脆性破坏又锻可分为两种情业况。一种是脆嫌性破坏发生于骆墙肢。墙肢由悟于抗剪能力不奥够而发生剪切窗破坏，会使剪选力墙很快丧失千承载能力。造居成结构的突然计倒塌。这是设掘计所应该绝对单避免的。抗震挤规范里规定了喂抗震墙截面的脊剪压比限值和凑抗震等级为一众、二级时抗震蹲墙底部加强部众位剪力设计值变的放大系数，济就是为了防止鼠剪力墙早于弯收曲破坏而发生灯剪切破坏。脆维性破坏的第二超种情况是连梁瘦发生剪切破坏矮。连梁发生剪抗切破坏会使联郊肢墙各墙肢丧崖失连梁对墙肢毒的约束作用。油在沿墙全高所毁有连梁均发生奔剪切破坏时，炮联肢墙的各墙刺肢将成为单片姓的独立墙，这艘会使结构的侧恭向刚度大大降饰低，墙肢弯矩拨j陡加大。抗震规跟范里规定了连聚梁截面的剪压开比限值和抗震诊等级为一、二某级时连梁端部区剪力设