簡(jiǎn)介: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(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)。
關(guān)鍵字:剪力墻,設(shè)計(jì),基本概念
一、剪力墻高和寬
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(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)。
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(mǎn)足剛度強(qiáng)度要求外,還必須滿(mǎn)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。
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(yú)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,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。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。 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)力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn),墻已類(lèi)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。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。
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(mén)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。
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)≥140mm,豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。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。
二.剪力墻的邊緣構(gòu)造
1.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(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。 2.對(duì)規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門(mén)的設(shè)計(jì)。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(kāi)發(fā)表出版的權(quán)威參考書(shū)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。
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(lèi)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)部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類(lèi)。“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(mǎn)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。“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(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(mǎn)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(xiě)出版、發(fā)布、實(shí)施的時(shí)間不同,加上編寫(xiě)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,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?xún)?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)都忽視了這點(diǎn),造成浪費(fèi)。
4. 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之間矛盾問(wèn)題舉例、.GB50011-2001第6.4.7條規(guī)定暗柱截面長(zhǎng)度僅需滿(mǎn)足bw及≥400mm,不要求滿(mǎn)足lc/2,在翼墻(柱)中只要求滿(mǎn)足壁柱≥300mm,不受墻厚bw的限制,而與“砼規(guī)”的要求矛盾。筆者認(rèn)為“抗規(guī)”GN50011的規(guī)定比較合理;實(shí)際工程中按現(xiàn)行規(guī)范要求需要設(shè)暗柱之處絕大部位為對(duì)門(mén)窗洞口邊緣的加強(qiáng),其墻肢屬于聯(lián)肢墻,非一字型矩形墻體,聯(lián)肢墻連梁起耗散地震能量作用,受力狀況和延性較好,在整體受力時(shí)當(dāng)洞口較小時(shí),往往墻體顯槽形截面,因此在剪力墻結(jié)構(gòu)中除設(shè)置角窗處外,暗柱截面尺寸不必過(guò)大;而翼墻(柱)處實(shí)際上只是建筑橫墻肢的端邊緣,不屬縱墻肢的端邊緣,在縱向水平力作用下,縱向墻法向應(yīng)力呈線性分布,縱墻肢受力似同偏壓柱;橫縱交點(diǎn)處剛度,約束性能好,因此對(duì)于翼墻(柱)的截面取值也沒(méi)必要過(guò)大;截面過(guò)大的暗柱和翼柱往往還容易形成連在一起,造成縱墻豎向配筋增加過(guò)多。但轉(zhuǎn)角墻(柱)則是剪力墻很重要的部位,必 須嚴(yán)格遵守規(guī)范的規(guī)定。②.構(gòu)造邊緣構(gòu)件雖然“抗規(guī)”、“砼規(guī)”和“高規(guī)”都規(guī)定了配筋要求,但比較三本標(biāo)準(zhǔn)所給出的配筋要求的表格中的內(nèi)容則是矛盾的,是不協(xié)調(diào)的;筆者認(rèn)為“砼規(guī)”GB50010-2002表11.7.16的要求比較合理。而“ 抗規(guī)”和“高規(guī)”表中的配筋要求是不夠合理或是不夠嚴(yán)密的。還應(yīng)指出三本規(guī)范中所給出的縱向構(gòu)造筋的數(shù)量4根或6根是不實(shí)際的;例如對(duì)于轉(zhuǎn)角墻(柱)的縱向筋數(shù)量,由于墻縱向筋的間距不宜大于300,又受墻厚限 制,角柱的最小的縱向筋應(yīng)為8根,當(dāng)墻厚≥300時(shí)則最少需要12根,不會(huì)出現(xiàn)4根或6根的情況。