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)载剪力墙设粗计的几个封问题（二册）（续接）丽4荷．盟限规范标准康之间矛盾铅问题举治例够天①稿.GB5朗0011企-200姐1逗第客6.4.或7车条规定暗修柱截面长俯度仅需满套足苗b蔬w嫂及站≥川400m思m卷，不要求提满悬足寻lc/2狮,岭在翼墙（型柱）中只吩要求满足教壁在柱沙≥扬300m害m孕，不受墙洪厚闪b湾w虏的限制，破而去与绒“净砼涝规抄”贷的要求矛梯盾。笔者裳认捷为贩“六抗煤规省”矮GN50自01饭1读的规定比甩较合理；勤实际工程玩中按现行秃规范要求励需要设暗蹈柱之处绝蹈大部位为导对门窗洞娇口边缘的前加强，其迅墙肢属于宪联肢墙，迎非一字型梯矩形墙体才，联肢墙液连梁起耗奴散地震能触量作用，旁受力状况桑和延性较驻好，在整蜓体受力时凤当洞口较腔小时，往倡往墙体显通槽形截面医，剧因此在剪择力墙结构窝中除设置涉角窗处外鼓，暗柱截烫面尺寸不锁必过大；跌而翼墙（愧柱）处实处际上只是睁建筑横墙稿肢的端边欢缘，不属东纵墙肢的叼端边缘，已在纵向水退平力作用亲下，纵向宣墙法向应明力呈线性蚊分布，纵悉墙肢受力劫似同偏压纺柱；横纵洋交点处刚刃度，约束豪性能好，削因此对于廉翼墙（柱梳）的截面泽取值也没稻必要过大防；截面过字大的暗柱幻和翼柱往这往还容易盐形成连在卡一起，造笼成纵墙竖由向配筋增逢加过多。君但转角墙象（柱）则颠是剪力墙承很重要的始部位，必窄须严格遵氧守规范的塞规定梦。渗温②见.坊构造边缘层构件虽助然愤“怖抗瓦规毙”娘、纪“使砼蜘规纲”障和均“根高狸规换”城都规定了缸配筋要求日，但比较仔三本标准鞠所给出的优配筋要求哑的表格中待的内容则僚是矛盾的对，是不协牧调的；笔缓者认练为辱“院砼陆规详”秒GB50毯010-宁200谎2男表喊11.7西.1座6勤的要求比默较合理。穷而狂“冲抗否规案”矿和袜“迅高壳规死”相表中的配梨筋要求是讯不够合理转或是不够原严密的。宵还应指出粪三本规范脖中所给出纹的纵向构玉造筋的数斩量赤4恶根由或相6吩根是不实蹄际的；例呈如对于转衰角墙（柱铜）的纵向朵筋数量，退由于墙纵聋向筋的间妥距不宜大舒于乐30逗0趟，又受墙甩厚限制，价角柱的最科小的纵向漫筋应喜为筹8待根，当墙蕉厚办≥目30耀0锯时则最少勉需际要污1勇2呆根，不会发出物现替4米根隆或律6件根的情况百。翻种三．剪力求墙结构的唉厚度和配谅筋问题扁1抄．船佛根据抗震薪规范感6.1.仍2座条规定支，江8条度地震区吉剪力墙结恳构的抗震炉等级至少调应为二级书；千按及6.4.豪1纠条要求剪伙力墙底部奖加强部位叙墙厚一、帝二级抗震跃等级时不浑宜小踩于良200m各m亚，且不小斥于层高然的描1/1吹6卵，其他部矛位不小欲于弯160m肥m袍，当墙端援头无翼墙虫或暗柱时经不应小于循层高浆的辰1/1蚊2离。以上规块定目的是晒为防止因哀墙体平面城外刚度过蝇小，稳定巴性差，容趋易在偏心储荷载作用苗下压屈失甚稳，但这落些规定对咐于八度地浊震区的多筋层及低高森层剪力墙咸结构显得千不够合理缝。例昂如角5~1介5触层的剪力宾墙结构，美一般墙肢茶在重力荷摇载代表值壮作用下轴馒压比都小枝于愤0.薯2钢，电算结塑果墙体往拜往只需要议构造配筋踩，但只因速底部功能主要廊求气3.9阁m担层高，墙亿厚就胀得仁240m寒m闻,增若业主要占求室内视揭野开阔，悄不设外纵贼墙，横墙悉朝外端头促不允许带过翼墙或端直柱时，当架层宁高宫3>5~悟4.2册m宏时，则墙成厚需事要游320~街350m妇m订,绿显然不合幕理。所以苏像这样的袍特殊情况蚀的低多层由建筑不应煮要求死扣名规范，而报通过采用抓概念设计胸分析，控警制墙肢轴饶压比，进删行墙体截壳面条件、哄强度和稳刘定性验算锅并在构造鸡上适当加匆强暗柱或扁配筋，保睬证其整体傅性连接等储措施，是趋可以使墙串厚减小的托。初柜2播．艺环墙体的配另筋率，目俭前破在理“催砼没规政”语11.7集.1漆1娘条文强制塔规定在一允、二、三弹级抗震等轿级的剪力压墙中，竖股向和水平浮分布筋的训最小配筋鉴率均不应任小础于贼0.25偏%旋;症部分框支倒剪力墙底请部加强部湾位的配筋盖率不应小粉于薯0.3%快;践这配筋率括比其珠在仪8呜0浑年代前的主配筋殿率除).07绕~0.1莲%雹要大多了挪，和国外宰的配筋盆率的0.1~痕0.25流%激的高者基酷本接轨，责这在高层奴或者较长炸的剪力墙未结构中应堆该是合理鲜的，但对承于低矮、胁短小的剪顷力墙值得册探讨质。亭件墙的水平粥分布筋是疏为横向抗须剪以防止讨墙体在斜权裂缝出现巴后发生脆惧性剪切破若坏，同时抖起到抵抗快温度应力颗防止砼出略现裂缝，社设计中当差建筑物较族高较长或培框剪结构燕时配筋宜镇适当增加槐，特别在锦连梁部位翻或温度、中刚度变化忽等敏感部潜位宜适当醒增加。但因对于矮、患短的房屋艺，其水平像筋的配筋银率是否适漠当减小值蔑得探讨。贝墙的竖向筝钢筋主要列起抗弯作左用，目前渐在一些多堤层低高层鸦剪力墙中虚电算结果堡多为构造仗配筋；但脖配筋时所狐取的配筋统率有人往湖往扣除了宇约束边缘扁构件或构厚造边缘构碰件中的钢习筋，笔者涝认为竖向迎最小配筋怠率应该包怎括边缘构铅件中的钢警筋，墙肢爹的竖向配涝筋原则也皇应该尽量热将钢筋布育置在墙端炼部边缘区逢并保证钢傲筋间万距补≦河300m朱m缓，也应该僻注意防止迷竖筋过多户使墙的抗贝弯强度大零于抗剪强锡度，对抗村震不利盼。坦贷四．剪力时墙结构的渐超长问题锈1.瞧混凝土规爆范苏9.1.确1移条规定现则浇混凝土盈剪力墙结短构的温度拿伸缩缝最纷大间距当店在室内或闻土中时轨为破45堡m忌，露天时捆为虑30m炼;培而现浇框兼架剪力墙伶或框架核书心筒结构察的伸缩缝逃间距可聋取汁45~5誓5m鉴.拘规范的这谢一规定显饭然与现今易建筑的体怀量越来越音大但功能泡又要求不剃设缝发生施矛盾；因通此目前许是多工程中裳的伸缩缝键间距都突锦破了规范少的规定，歇也造成了框设计人员持在设计中群遇到超长孟结构时的赵胆量越来砖越大。笔扮者认为今铁后当剪力肢墙结构超匆长时，应胜该慎重处沫理为好，绪过长时应纷该尽量设鱼置温度伸息缩缝，宜虾较严格遵菜守规范规胖定的限值奇，理由如肝下穴：壶幻①梯．剪力墙洞结构刚度罩大，受温滑差影响大岂，混凝土膊的收缩、破徐变产生芬的变形大鞋，墙体对旧楼面、屋翠面产生的束约束也大更；当结构倦发生收缩薪变形时比腐其他结构卡易出现裂盖缝。一些喉未超长的贸剪力墙结起构产生墙轨体或楼面侧裂缝，其直主要原因区就在此。威②拼．剪力墙盲结构多用裂于商品住附房和公寓凑，使用状绍况复杂，志一旦私人异购买的房悟子出现裂寒缝，虽然卵没有安全正问题，但崖处理起来做问题多，擦难度大，樱社会影响昆大。惯③划．混凝土汽结构受温段度或收缩弯徐变的影鼓响与众多深因素有关恐；而体型店庞大的剪轰力墙房屋福往往形状壳复杂，混典凝土收缩祸大，约束缘应力积聚传也大，施胜工工艺及赴管理也难窝控制，环荒境影响使设用变化难浸于判断，心因此更难炎于解决混土凝土收缩慨变形时，座在受约束戒条件下引者起拉应力捐而保证不万出现裂缝丧。拘④植．目前混歪凝土的收渠缩量不断刘增大，已悟由绍8否0禾年代的一旅般收缩演量因30扭0覆μ斧ε淋上升面到羊40赤0窄μ跃ε蜂以上，因顷此使混凝清土用量大日的剪力墙卸产生裂缝菌的因素在访增大话。肥产⑤层．目前随训着市场形好势的变化轨，大部分狂工程要赶阀工加班，盼质量难保下证，为赶奴工混凝土技中水泥用臣量普遍增吴大，使混饺凝土收缩蚂量增大，泪加上由于训混凝土强老度的提高习，使弹性惕模量增加烤将引起更止大的约束铺拉应力产谨生，使结榨构出现裂纠缝的因素逃增多。首⑥许．普遍使船用商品混铃凝土泵送丽施工，为道了泵送，五增大水泥约用量，减盯少了中粗痕骨料含量唱和骨料粒悦径，加上库泵送混凝层土配合比语和施工送妈料时的不姻良因素影珠响等都加序大了结构快收缩量，驳增加产生止裂缝的因婚素。弃综上所述旋，今后在证处理超长荡结构时，膏特别是处尊理超长的副剪力墙结奉构时要特锻别慎重；遍当发生实蛮在由于建港筑使用功蛇能要求不第允许超长像建筑设永填久缝时，须建议采用喇对结构施符加预应力雕的方法并求结合采用蜓设计构造纲措施、施柏工措施共脑同给予处颜理鉴剪力墙设秆计的几个加问题（三扒）（续接）叙高层建筑匪剪力墙连栋梁设计的菌探讨桐与剪力墙某相连的梁岸称为连梁示。连梁一怨般具有跨锋度小，截露面大，与马连梁相连再的墙体刚驴度又很大美等特点。树因此，高丧层建筑在盈水平力作豆用下，连雪梁的内力遗往往很大束。设计时推，即使采悔取了降低咽连梁内力纱的各种措短施，如：龙加大剪力凶墙的洞口山宽度；在胃连梁中部图开水平缝磁，在计算盐内力和位随移时对连触梁刚度进毒行折减，层对局部内巷力过大层困的连梁内压力进行调垄整等，仍伞无法使连样梁的截面大设计符合负要求。由购于设计规技范对此没拖有明确规府定，因此筛，设计时舞感到无所轰适丛。而感设计、构全造不当将庭会造成结捎构在抵抗伪水平力时亦的强度、日刚度不符桶合要求，种进而影响泳承受竖向推荷载的能享力。本文下将讨论高设层建筑剪段力墙中连养梁设计的强几个问题搞，并提出先相应的建咱议。对于桂一端与墙素相连，一颜端与框架谋柱相连的乱梁，可以禽看成是连悔梁的一个矿特例。致一．联肢续墙在水平球力作用下领的破坏机蛾制宿高层建筑溪联肢墙在庙水平力作卫用下的破慎坏分为脆哄性破坏（殖即剪切破棒坏）和延坑性破坏（锤即弯曲破牲坏）两种塞。联肢墙继的脆性破钉坏又可分旬为两种情纠况。一种巾是脆性破呈坏发生于丽墙肢。墙添肢由于抗碑剪能力不淋够而发生淋剪切破坏坟，会使剪拨力墙很快疲丧失承载略能力。造乏成结构的休突然倒塌菠。这是设并计所应该推绝对避免贝的。抗震蜡规范里规葵定了抗震牵墙截面的模剪压比限绸值和抗震崇等级为一捉、二级时钓抗震墙底洽部加强部代位剪力设碎计值的放妹大系数，棕就是为了随防止剪力难墙早于弯厕曲破坏而要发生剪切煌破坏。脆治性破坏的仙第二种情苹况是连梁仅发生剪切派破坏。连知梁发生剪纺切破坏会落使联肢墙透各墙肢丧今失连梁对乔墙肢的约规束作用。纷在沿墙全惜高所有连酷梁均发生勒剪切破坏珍时，联肢疑墙的各墙哀肢将成为挨单片的独福立墙，这浴会使结构招的侧向刚龙度大大降璃低，墙肢况弯矩司j洞加大。抗必震规范里告规定了连谎梁截面的买剪压比限冒值和抗震丈等级为一膏、二级时哨连梁端部悉剪力设计咐值的调整圈系数，也懒是