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摘要:短肢剪力墻在我國的發展比較迅速,而目前關于這類結構體系的配筋規范給點不是很具體,本文主要從墻肢的設計、連梁的設計、邊緣構件以及端柱的設計、墻—連梁節點的處理幾方面進行了闡述,為設計施工提供參考。...
 
短肢剪力墻的配筋要求
 
高 云 飛
陜西建工集團第五建筑工程有限公司

    近年來我國人民生活水平不斷提高,人們對房屋的使用功能、面積和房間組合型式等提出較高要求,在這種背景下短肢剪力墻體系在我國發展比較迅速,混凝土結構設計規范和高層建筑結構設計規范都沒有關于短肢剪力墻設計的具體條文,理論落后于實際應用,阻礙了這種新型體系的發展。作者根據近幾年來施工經驗的總結,對短肢剪力墻的配筋方面進行系統的概括。
 
    1.墻肢的設計
    1.1墻肢厚度≥200 ,且按抗震等級為一、二級時短肢剪力墻的截面厚度,底部加強部位≥1/ 16 層高,其它部位≥1/ 20層高,當為無端柱或翼墻的一字形剪力墻時,底部加強部位的截面厚度≥1/ 12 層高,其它部位≥1/ 15 層高;按抗震等級為三、四級時短肢剪力墻的截面厚度,底部加強部位≥1/ 20層高,其它部位≥1/ 25 層高。
 
    1.2短肢剪力墻應進行剪壓比、軸壓比驗算,正截面、斜截面的計算,計算過程和計算公式與普通剪力墻一致。
 
    1.3短肢剪力墻結構的一般構造
    1、短肢剪力墻的軸壓比限值短肢剪力墻各層的軸壓比限值應滿足:一級為0.5;二級為0.6;三級為0.7 ,當短肢剪力墻為一字墻時應減0.1。
    2、短肢剪力墻縱筋的配筋率有抗震設計要求時,短肢剪力墻縱筋的配筋率應符合底部加強部位為1.2 % ,其它部位為1 %。底部加墻部位的高度可取墻肢總高度的1/8 及底部兩層層高的較大值。
 
    1.4對于墻肢厚度較厚, 墻長較長的剪力墻, 雖然按墻肢高厚比判別為短肢剪力墻, 但由于其自身剛度大, 變形接近彎曲型, 具有良好延性, 也可不必完全按短肢剪力墻要求執行, 可適當放寬要求, 當剛度很大時, 甚至可按一般剪力墻要求設計。
 
    1.5短肢剪力墻結構的截面設計及構造措施,應遵循《建筑抗震設計規范》( GB5001122001) 中有關章節的規定進行設計. 剪力墻截面的設計,應通過正截面偏心受壓、偏心受拉的計算,在滿足最小配筋率要求的前提下,確定墻肢端部的受力鋼筋,即約束邊緣構件或構邊緣構件的縱筋,由斜截面抗剪計算出墻肢腹板水平分布鋼筋.在抗震設計的雙肢剪力墻中,墻肢不宜出現小偏心受拉,如果雙肢剪力墻中一個墻肢出現小偏心受拉,該墻肢會出現水平通縫而失去抗剪能力,且由荷載產生的剪力將全部轉移到另一個墻肢而導致其抗剪承載力不足,因此,應當避免墻肢出現小偏心受拉。在一個墻肢出現大偏心受拉時,因水平裂縫較大,它承受的部分剪力也會向另一墻肢轉移,這時可將另一墻肢的剪力及彎矩設計值乘以增大系數1.25,以提高其抗剪承載力。
 
    1.6為了保證結構有足夠的抗側剛度,可加入適當數量的長墻(相對短肢而言),或利用電梯間形成剛度較大的內筒,但應注意避免個別長墻剛度相對過大,使受力過于集中。應保證在強震作用下,即使個別長墻或筒體出現剛度退化時,其余的短肢墻仍具有足夠的剛度以保證“大震不倒”的設防要求。
 
    1.7短肢剪力墻結構的薄弱環節是建筑外邊緣的構件以及轉角處的構件,由于連梁對其的約束不隊成,有時存在彎扭復雜受力狀態,在設計時對這類構件須有足夠的加強措施。
 
    1.8對短肢剪力墻- 筒體這種結構體系,“ 高規”要求筒體和一般剪力墻承受的基本振型下的底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩的50 %。

    1.9受力性能接近于普通剪力墻的短肢剪力墻,為滿足其變形要求,不宜將其設計成壁式框架。同時,短肢剪力墻結構因建筑功能要求和受力性能而需開設較大洞口,故也不宜將短肢剪力墻設計成整體小開口墻;比較而言,應設計成滿足條件a<10,I的聯肢墻In/I<ξ(至少應為雙肢墻)。
 
2.連梁的設計
    2.1短肢剪力墻之間的連梁應進行剪壓比驗算,正截面,斜截面的計算,計算過程和計算公式與普通連梁一致。
 
    2.2在設計中, 經常會遇到連梁超限的情況,“高規”第712125 條提出了三種處理方法: (1) 減小連梁高度,降低連梁的剛度。對于高度很大的連梁,可以雙連梁的辦法來解決。雙連梁可近似折算為一根梁,梁寬等于兩墻厚,梁高取實際梁高,計算所得配筋均分給上下兩根連梁。在構造上應注意兩根連梁應采用輕質材料填縫。(2) 對連梁彎矩及剪力進行調幅,但在整體計算時已將連梁剛度進行折減的,不應再考慮調幅。無論用什么方法,連梁調幅后的彎矩及剪力設計值不應低于正常使用狀態下的值,也不宜低于比設防烈度低一度的地震作用組合所得的彎矩設計值。因此“高規”建議在一般情況下,可掌握調幅后的彎矩不小于調幅前彎矩的0.8 倍(6~7 度) 和0.5 倍(8~9 度) 。同時,當部分連梁降低彎矩設計值后,其余部位的連梁和墻肢的彎矩設計值應相應提高。(3) 當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時(如跨度較小的洞口連梁) ,可考慮在大震作用下該連梁不參與工作按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的結構內力分析,墻肢應按兩次計算所得的較大內力進行配筋設計,連梁則可根據實際截面按構造配筋,做到“強剪弱彎”即可。以上三種方法在不同軟件中,實現的方式是不同的,在具體設計過程中,還應參照軟件說明書進行調整。
 
    2.3連梁的配筋構造
    連梁分為弱連梁和強連梁, 弱連梁的內力及變形與框架梁類似, 它的配筋構造可參相應抗震等級的框架梁來執行。而強連梁以剪切變形為主, 豎向荷載引起的內力和變形所占的比例很小。對這類構件, 應嚴格按“高規”(JGJ3 - 2002) 和“抗震規范”(GB50011 - 2001) 執行。
 
    2.4個別地區就要求200 厚的墻肢連梁凈跨≤5.5m ,250 厚的墻肢連梁凈跨≤6.5m ,否則,梁的配筋很多,結點鋼筋密集,對施工造成很大的難,也不利于抗震.
 
    2.5連梁設計短肢剪力墻結構中的連梁有2種形式,如圖.

所示。連梁1 跨度較小,承受的豎向荷載也較小,配筋由水平力引起的剪力和彎矩控制,其梁端彎矩上下左右均對稱,跨中彎矩很小,剪力沿梁長均勻分布。在設計中一般都將梁面與梁底縱筋配成一樣,箍筋沿全長加密,可根據高規對連梁彎矩進行調整。連梁2則相反,跨度較大,承受的豎向荷載(包括外磚墻重、樓板、次梁等)也較大,由于其線剛度較小,在水平力作用下所分配到的內力較小,所以其配筋由豎向荷載控制,內力分布與一般框架梁有些類似,由于兩端嵌固,在豎向荷載作用下梁端負彎矩大于跨中正彎矩,剪力分布也是兩端大、中間小。對于這類連梁的配筋:a、當彎矩設計值超過其最大受彎承載力時,不能按高規第5.3.6 條對連梁彎矩進行調整,因該條文實際上是將水平力所引起的彎矩在樓層間進行重分配,而連梁2 的彎矩主要來自本層的豎向荷載,當然不能調整到其它樓層。b、可按高規第4.4.5條對梁端負矩進行調幅,但應注意將梁端負彎矩調整到跨中,是在同一條梁內進行調整;而高規第5.3.6條是將中部樓層的連梁彎矩調整到底部和頂部連梁,是對同一平面位置的連梁彎矩在不同樓層間進行調整。c、沒有必要像連梁1那樣將梁面與梁底縱筋配成相同。d、當梁端負筋較多時,不一定要將負筋全部拉通,可只將第1排負筋拉通,第2排在梁跨1/3處截斷。e、由于剪力較小,往往是構造配箍。為了保證梁端塑性絞的產生,可參照框架梁的作法,在梁端1.5倍梁高或500mm處設置加密箍。
 
    2.6剪力墻的連梁應進行斜截面受剪和正截面受彎承載力計算。連梁的正截面配筋,按矩形截面構件計算,取上、下配筋的較大值,按對稱配筋置于梁截面上、下部位. 按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿全跨加密設置。
 
    2.7對于個別連梁,因其跨度小,剛度很大,地震作用下允許連梁局部開裂,可將連梁的剛度予以折減,抗震設計的剪力墻的連梁彎矩及剪力也可進行塑性調幅,以降低其剪力設計值。若在內力計算時已經折減連梁的剛度,則調幅的范圍應當受到限制或不再進行調幅,以避免在使用狀況下連梁中裂縫開展過早、過大。當部分連梁降低彎矩設計值后,其余部位連梁和墻肢的彎矩設計值應相應提高。
 
    2.8當底部為大空間而需設置轉換梁時,因其墻肢長度比轉換梁短得多且往往梁支座上沒有墻肢,所以轉換梁上的墻體不能形成起拱作用,即轉換梁并不是拉彎構件,而是受彎構件。

    2.9短肢剪力墻的連梁混凝土強度等級不得低于墻肢的混凝土強度等級,以免連梁出現粘結破壞。
 
3.邊緣構件以及端柱的設計
    3.1短肢剪力墻結構在底部加強部位及相鄰上一層應設置約束邊緣構件,其它部位應設置構造邊緣構件。關于約束邊緣構件和構造邊緣構件的具體要求可參見規范有關條文。需要特別說明的是,由于肢長的關系,在設置邊緣構件時,經常會遇到按規范設置的幾個邊緣構件連在一起或距離100~300mm的情況。使得區分配箍率為λv/ 2 的范圍非常困難,在設計過程中,一般把需要設置約束邊緣構件范圍內的整個短肢墻設置成一個約束邊構件,配筋率為λv ;縱筋鋼筋的總面積則可按As = ΣiAsi + Σbihiρ(ρ為剪力墻縱向鋼筋的配筋率) 進行計算,而在需要設置構造邊緣構件的部位將全截面設置為一個構造邊緣構件,配筋符合規范的相應要求。實踐證明,這種配筋方式非常行之有效,又是便于施工的好方法。一般剪力墻和筒體的邊緣構件設置則可以完全按規范要求執行。
 
    3.2暗柱配筋率應根據短肢剪力墻數量、抗震等級、位置、軸壓比、墻肢高厚比等因素綜合考慮確定, 但最小配筋率不小于暗柱面積的1.2 % , 暗柱配筋率較高時, 應同時提高配箍特征值, 以保證短肢剪力墻“強剪弱彎”的要求。暗柱最小配箍特征值不宜小于0.20 , 非暗柱的墻肢中部配筋, 可按一般剪力墻墻身配筋要求適當加強, 當墻肢高厚比較小時,配筋應加強些。
 
4.墻- 梁連接節點的處理
    墻- 梁連接節點的處理,短肢剪力墻- 筒體結構一般情況下梁、墻寬度相等,梁墻的連接節點過去大多參照天津市的《鋼筋混凝土框架異形柱設計規程》上的節點大樣(如右圖) , 這種節點在施工中存在如下問題: 在靠近墻端的連梁由于鋼筋位置內移,截面的有效寬度削弱太多, 梁側面的保護層達40~50mm ,梁側極易出現裂縫。可對上述節點進行一些改造, 在梁的四角各加一根架立鋼筋, 伸入墻豎向鋼筋的外側。
 
    總結:短肢剪力墻是在我國近幾年發展起來的一種新型結構體系,對這類結構體系的研究還在逐步深入之中,我國規范還沒有出版,但從目前看已建成大量的這類建筑,研究明顯滯后于實踐。作者根據這幾年的實踐總結了以上幾點關于短肢剪力墻的配筋構造要求,供大量的設計施工人員參考。
 
參考文獻:
[1]混凝土異形柱結構技術規程JGJ149-2006[S][2]高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2002[S]
[3]混凝土結構設計規范GB50010-2002[S]
[4]異形柱與短肢剪力墻結構設計中的幾個問
[J].肖常安等,貴州工業大學學報.2001, 30(6):74~83.
作者簡介:高云飛(1980-),男,本科,工程師,全國注冊二級建造師。
聯系電話:029-83272342,029-81081456
 
 
(本文來源:陜西省土木建筑學會  文徑網絡:文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)
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