浅谈剪力墙构件设计
来源:用户上传
作者:
摘 要：本文针对剪力墙结构构件设计中常遇到的一些问题进行探讨，供大家参考。
关键词：剪力墙墙肢边缘构件配筋
1前言
近年来，随着经济和人口的发展，土地日益紧张，为节约用地，建筑的高度越来越高，为满足抗震等条件的要求，结构形式也不断发展，其中剪力墙和框架一剪力墙结构就广泛用于高层钢筋混凝土房屋。
剪力墙之所以是主要的抗震结构构件，主要因为，剪力墙的水平刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的侧向位移限制。但是，剪力墙刚度大，承受的地震水平力也随之增大，以往人为钢筋混凝土剪力墙结构的破坏属于脆性破坏形式，所以一些国家对剪力墙在地震区的采用持慎重态度。随着实验研究的深入，使剪力墙的抗震设计有了很大发展，形成了一套较完整的强度，延性保证构造措施。我国清华大学工程研究所及国内外其他研究单位所做实验表明，剪力墙的边缘构件有横向钢筋约束可有效改善混凝土的受压性能，增大剪力墙的延性。此外还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。边缘构件根据结构形式和受力状况分为约束边缘构件和构造边缘构件两类，其作为家里强的加强边约束能力，主要与边缘构件的配筋范围，配箍量以及配筋形式有关，由于各规范之间表述的不同以及结构师对规范理解的差异，特别是为满足建筑形式的特殊要求，剪力墙在具体工程中的设计因项目而异。
2 墙肢长度的取值
一般剪力墙的设置都是根据建筑平面使用要求确定，如住宅建筑的核心筒剪力墙主要由电梯、楼梯的尺寸决定墙肢的长度，但有时由于结构整体计算时，核心筒的剪力墙布置较多可能会引起结构中部的刚度偏大，引起周边位置墙柱受扭，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层的平均值的比值不满足规范要求，或者结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不满足规范要求。当出现上述情况时，就需要适当降低中部核心筒的刚度，其中一个比较有效的方法就是核心筒的剪力墙上开局部地结构洞口。
这样墙肢的长度就发生了变化，由原来的一段长度为Hwa的较长的墙肢变为两段长度分别为Hwa1和Hwa2的较短的墙肢，中间由一段连梁相连接，通过这样的变化，就改变了该处剪力墙的刚度。但需要注意的是，剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点、内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为整截面墙、连肢墙等。当剪力墙洞口面积小于墙体总面积的16％，且洞口尺寸均小于洞口间净距及洞口至墙边的净距，可视为整截面墙，此时的墙肢长度就仍为整面墙的长度。当剪力墙的洞口沿竖向成列布置，且洞口面积超过墙体总面积的16％，而连梁刚度远小于墙肢刚度时，就可以将此墙肢分为多个较短墙肢组成的联肢墙，此时各个墙肢的长度就应该分段考虑。因此在设置洞口时，就应该按上述要求考虑洞口尺寸，按不同情况决定墙肢的长度。
3墙厚的取值
对于框架剪力墙结构，往往我们会设置一些独立的墙肢，如L型、T型有翼墙或有端柱的剪力墙墙肢，主墙肢长度我们一般是根据建筑要求和墙肢的高厚比要求设计，但翼墙部分和端柱部分，我们在设置的时候就需要注意了，因为根据高规(JGJ3―2002)表7．2．16中注3点的说明：翼墙长度小于其厚度3倍或端柱截面边长小于墙厚的2倍时，视为无翼墙或无端柱。根据这点说明，我们在设计时就应该尽量满足翼墙长度大于墙厚3倍或端柱截面边长大于墙厚的2倍，这样才可以避免出现较多的一字型剪力墙(无平面外横向支承墙)，从而达到提高墙身的稳定性，减少墙厚的目的。
根据规范规定，在满足轴压比的前提条件下，为保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能，规范规定截面厚度的取值主要根据建筑层高或剪力墙无支长度来确定。当墙平面外有与其相交的剪力墙时，可视为剪力墙的支承，有利于保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能，因而可在层高及无支长度二者中去较小值计算剪力墙最小厚度。无支长度是指沿剪力墙长度方向没有平面外横向支承墙的长度。根据这条规定，我们在设计时，当遇到层高较大的情况(如商住楼底层)时，我们就可以适当减少墙肢的长度，并注意翼墙或端柱的截面长度要求，形成具有平面外横向支承墙的较短墙肢，以此较短墙肢作为截面控制条件，从而达到降低墙身厚度的目的。
4短肢剪力墙的判断要求
当前，在住宅建筑中由于建筑的限制，往往会有短肢剪力墙的出现，短肢剪力墙是指墙肢截面高度(即墙肢长度)与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。规范规定高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合高规(JGJ3―2002)中第7．1．2条的有关规定。相对于一般的剪力墙结构，短肢剪力墙结构受力更为复杂，高规(JGJ3―2002)对短肢剪力墙构件有较严格的设计要求，但对如何判定短肢剪力墙结构的规定却并不明确， ‘短肢剪力墙较多时”的理解设计时没有具体的标准，到底多少才为“多”呢?判断时往往主观性太强。针对上述情况我们可以按照《广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)补充规定》(DBJ／T15―46―2005)的规定来执行。根据省补充规定可以看出对短肢剪力墙的规定做了一些放松。例如第3．3．3条：剪力墙截面高度与厚度之比大于4(高厚比限值降低)、小于8时为短肢剪力墙。当剪力墙截面厚度不小于层高的1／15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于4时仍属一般剪力墙。而第3．2．4条则规定：具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积50％以上，这就明确了短肢剪力墙结构的规定，设计时可以以此作为判断标准。需要注意的时，由于短肢剪力墙的设计要求较严，设计中如建筑平面允许，应尽量避免出现短肢剪力墙。
5 Lc的长度取值
根据规范规定，剪力墙约束边缘构件范围Lc最小值与其对应的墙肢最大长度(ⅡⅡn)可以有如下对应关系(见下表)。
由下表可以看出，当实际墙肢长度不大于表中对应的墙肢最大长度时，Lc就可以按上述最小长度直接取。当Lc小于规范规定的阴影部分的长度时(转交墙或有翼墙的情况很多见)，箍筋或拉筋 的区域就不需要了。另外对于bw=200～350的墙肢暗柱，当墙肢长度不超过表中最大长度时，由于规范中阴影部分的最小长度为400，由此箍筋或拉筋 的区域只有50mm或者125mm，这样一来我认为就可以直接将此 区域并入阴影部分，按阴影部分要求设置即可。
6边缘构件的配筋
根据高规(JGJ3―2002)7．2．15条的规定，一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部按本规程7．2．16条的要求设置约束边缘构件；一、二级抗震设计剪力墙的其他部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应按本规程第7．2．17条的要求设置构造边缘构件。由此可以看到，剪力墙端部的边缘构件主要分为约束边缘构件和构造边缘构件两种。约束边缘构件除纵向钢筋的配筋范围(阴影部分)、纵向钢筋配筋率以及箍筋体积配箍率较构造边缘构件更为严格外，还有一个特别的特征就是L 段的设置。Lr的长度取值前面我们已经讨论过了，这里主要是谈谈该区域钢筋的配置。
一般来说，Lc区域分为阴影部分和过度部分（箍筋或拉筋 部分）。阴影部分的纵筋一般统一取一个直径即可，不必象框架柱那样需要特别加大角筋。纵筋的间距以及箍筋的水平肢距一般按框架柱的要求来设置即可；另外箍筋的间距除满足规范的规定外，宜与剪力墙水平分布钢筋的间距相协调，以方便施工。过度部分竖向钢筋规范没有特别要求，一般按剪力墙墙身竖向分布筋来设置即可；水平钢筋根据 的规定，在钢筋强度与阴影部分一致的条件下，该部分箍筋或拉筋的体积配箍率应为阴影部分箍筋的一半。而当构造保证墙身水平分布筋可靠锚固于阴影区内，计算过渡区的箍筋或拉筋的体积配箍率是可以将墙身分布筋计算在内的。由此，我们可以将过渡部分的水平钢筋设置为墙身分布筋和拉筋的组合。为表达明确且施工方便，我们可以采用统一配筋图例结合文字来说明，外伸翼缘长度(Lw／Lf)内的箍筋及拉筋的肢距也按此规则放置，节点区和外伸翼缘的箍筋、拉筋交错放置， 其纵向钢筋与剪力墙竖向分布筋的直径和间距相一致。
7墙身分布钢筋的设置
根据高规(JGJ3―2002)7．2．18条的规定，剪力墙分布钢筋的最小配筋率一、二、三级抗震设计为0．25％，四级和非抗震设计为0．2％，构造要求分布筋间距不大于300mm，直径不小于8mm。其实在实际工程中，考虑到剪力墙的混凝土温度一收缩应力影响，以及施工等实际情况，一般分布筋都不宜取的太小。以200mm厚的剪力墙为例，分布筋按 Φ8~200配置就可以满足上述0．25％最小配筋率的要求，但根据以往的工程实践表明，如果采用Φ8的小直径钢筋那会给施工带来极大不便，甚至竖筋都无法支模浇筑，而且混凝土由于温度收缩应力的影响，配置过小的分布筋会导致墙面开裂，从而带来经济损失。因此，我们在实际设计中，应该充分考虑施工以及耐久性的要求，一般竖筋直径控制在 10以上，水平分布筋根据实际适当加密。
当墙厚=450～650mm、≥700mm时，一般需在墙中加设一、二排钢筋网，直径不大于分布筋，间距与分布筋相同；此加设钢筋网一般可不计入最小配筋率中，但当水平筋为计算值控制时，则应计入。
8结语
以上就是在设计过程中遇到和总结出来的一些关于剪力墙设计的问题，其实对应大多数的剪力墙或框架剪力墙结构都具有共通性。上述仅为个人体会和看法，供有关人员参考
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-603742.htm
