夏文龍

摘 要:由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)壓剛度大、能有效減少側(cè)移、具有較好的抗震性能等優(yōu)點,因此,近年來,它在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中被廣泛的應(yīng)用,多用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中。本文將主要針對多層和高層剪力墻設(shè)計中常見的問題進行分析,并提出解決措施。

關(guān)鍵詞:多層高層剪力墻設(shè)計問題 解決措施

中圖分類號:TU2 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0046-01

由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗側(cè)壓剛度大、能有效減少側(cè)移和抗震能力強等特點,其主要表現(xiàn)在受力方面,由于剪力墻的剛度較大,所以在小震作用下結(jié)構(gòu)的位移就會受到一定的限制,在高層建筑中作用更為顯著;在地震作用下,其變形較小,破壞程度低,發(fā)生大地震時,剪力墻可以利用連梁和墻肢底部的塑性變形來消耗地震的能量。另外,由于剪力墻的最大間距受到限制,使建筑的使用空間也受到了相應(yīng)的限制,結(jié)構(gòu)自重較大,總高度不大時,結(jié)構(gòu)材料的耗費也較多。因此,近幾年多層與高層鋼筋混凝土建筑中剪力墻被越來越廣泛的應(yīng)用。本文就將對剪力墻在多層高層建筑設(shè)計中遇到的問題進行分析,并提出相應(yīng)的解決對策。

1 概述剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是由墻肢與連梁構(gòu)成的,常見的剪力墻結(jié)構(gòu)包括“T”字型、“L”字型、“十”字型、“Z”字型、折線型。剪力墻結(jié)構(gòu)主要具有以下特點:

(1)布置豎向構(gòu)件時需結(jié)合建筑平面和間隔墻的位置;(2)墻的數(shù)量與墻肢的長短是根據(jù)抗側(cè)力的需要而定的,其剛度的中心位置一般是采用不同的尺寸和布置來調(diào)整的;(3)連接各墻的梁,根據(jù)墻肢位置的不同可以設(shè)置在間隔墻的豎平面內(nèi),且能夠隱藏;(4)利用中心剪力墻形成的抗側(cè)力構(gòu)件可以達到建筑平面抗側(cè)力剛度的要求。

2 多層和高層剪力墻設(shè)計中常遇問題及措施

由于剪力墻有多種優(yōu)點,所以被廣泛的應(yīng)用于多層及高層建筑的設(shè)計中。但是在多層及高層建筑中剪力墻的設(shè)計還是需要注意一些問題的。在進行剪力墻的設(shè)計過程中,常遇的問題主要是剪力墻布置與剪力墻截面設(shè)計兩方面。下面我們將對這兩方面需要注意的問題進行具體的分析,并提出相應(yīng)的解決措施。

2.1 剪力墻的布置方面應(yīng)注意的問題

剪力墻是主要的抗側(cè)壓力構(gòu)件,因此其布置不僅要與相關(guān)規(guī)定相符,還必須為建筑具有良好抗震性打下基礎(chǔ)。因此,剪力墻在布置的過程中,不僅要遵循“對稱、均勻、周邊、連續(xù)”的規(guī)定,還應(yīng)該注意以下問題:

(1)雙向布置剪力墻結(jié)構(gòu):剪力墻結(jié)構(gòu)進行布置時,由于高層建筑物的空間工作性能較好,所以一般選擇雙向布置,而且應(yīng)該避免單向布置,將縱橫墻相連,從而使剪力墻彼此形成有翼緣的剪力墻,以此增加其剛度,并提高其塑性變形的能力。

(2)保證豎向剛度均勻:在剪力墻的布置過程中必須注意其豎向剛度與剪力墻布置的關(guān)系,假如剪力墻沿高度不連續(xù)的話,其剛度沿著高度的方向也會發(fā)生突變。所以,在布置剪力墻是必須自上而下連續(xù)進行。

(3)墻肢高寬比:為了避免剪力墻受到脆性破壞,在設(shè)計過程中通常將細(xì)高的剪力墻設(shè)計為受彎曲破壞的延性剪力墻。對于抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)而言,我們通常是利用開設(shè)洞口的方法將一道較長的墻體分為長度較均勻的墻段,每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比應(yīng)不小于2。

(4)剪力墻洞口的布置:剪力墻洞口的布置與剪力墻的力學(xué)性能有很大的關(guān)系,并對其有很大的影響,所以,在進行剪力墻洞口的布置時需注意以下要求:第一,剪力墻洞口需要成排成列的布置,并明確墻肢和連梁,洞口不能開設(shè)過大,以避免消弱剪力墻的承載力及剛度;第二,開洞時應(yīng)盡量避開錯洞剪力墻和疊合錯洞墻,若是實在無法避免的時候,則應(yīng)按照有限元方法仔細(xì)計算分析,從而在洞口采取相應(yīng)的加強措施。

(5)連梁的跨高比設(shè)計:只有在進行剪力墻開洞形成跨高比小于5的連梁的設(shè)計時才按照相關(guān)的規(guī)定,對于跨高比不小于5的連梁則應(yīng)按照框架梁進行設(shè)計。這樣能確保連梁有較大的剛度,并且能夠確定墻體的整體性能及增大其耗能能力。

(6)柱中線與梁、墻中線的設(shè)計:為了減少地震對柱的扭轉(zhuǎn)作用,在設(shè)計柱中線、墻中線時,其寬度都不應(yīng)大于柱寬的1/4。若是沒有達到要求,則可以通過加水平腋或加強柱內(nèi)配箍率等方式進行彌補。

2.2 剪力墻截面方面應(yīng)注意的問題及預(yù)防策略

剪力墻截面設(shè)計中需注意的問題主要是剪力墻的最大剪壓比限值、剪力墻的最小厚度、剪力墻的計算以及剪力墻的破壞和構(gòu)造方面。

(1)剪力墻的最大剪壓比限值:對于剪跨比大于2的剪力墻和跨高比大于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.2;對于剪跨比小于2的剪力墻和跨高比小于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.15。對剪壓比要求較嚴(yán)格主要是因為剪跨比小的墻和跨高比小的連梁的剪切變形較大。為了避免剪壓比超過一定值后,剪力墻出現(xiàn)斜向裂縫等情況,就只有在設(shè)計的過程中加大混凝土的強度等級,以及加厚墻、梁或墻的長度。但是梁的高度還是不宜過高,而且在計算墻肢剪跨比時彎矩和剪力均應(yīng)該取地震作用下的效應(yīng)組合的計算值。

(2)抗震剪力墻的最小厚度:抗震設(shè)計時,一、二級剪力墻的底部加強部位不應(yīng)小于200mm,而且不應(yīng)小于層高的1/16;其他情況下不應(yīng)小于160mm,而且也不能小于層高的1/20;另外,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的墻周邊應(yīng)設(shè)置梁或暗梁,并與端柱組成邊框梁。

(3)剪力墻的計算:剪力墻的計算主要是對剪力墻的水平和豎直作用下的結(jié)構(gòu)進行整體分析,然后將求得的內(nèi)力采用偏壓或偏拉的方式進行正、斜截面承載力的驗算。在受到較大集中負(fù)荷作用處,應(yīng)該對局部受壓承載力進行驗算。

(4)剪力墻的破壞和構(gòu)造:當(dāng)剪力墻的墻肢較長時,配筋就應(yīng)該盡量將豎向鋼筋布置在墻肢的兩端,因為這時剪力墻的法向應(yīng)力是呈線形分布的,其破壞形態(tài)與偏心受壓柱相似;在設(shè)計過程中將底部截面的組合設(shè)計內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率,主要目的是為了防止剪切破壞和提高墻體的延性。在設(shè)計過程中,墻肢不能過小和過長,主要是為了避免斜壓破壞以及截面應(yīng)力相差過大的狀況發(fā)生。另外,剪力墻結(jié)構(gòu)不僅要承受水平方向的剪力和彎矩力,還要承擔(dān)豎向壓力。在軸力、彎矩、剪力的復(fù)合應(yīng)力的工作狀態(tài)下,其受到水平力的作用,近似于一個基礎(chǔ)上底部嵌固的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下,剪力墻不僅要滿足剛度的要求,還需要滿足非彈性變形反復(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;而且,為了避免墻體發(fā)生脆性剪切力破壞,設(shè)計過程中應(yīng)盡量將剪力墻設(shè)計為延性彎曲型。

3 結(jié)語

由于剪力墻具有抗側(cè)壓剛度大、有效減少側(cè)移和抗震能力強等特點,因此,剪力墻在多層高層建筑中的使用也越來越廣泛。而在進行剪力墻的設(shè)計時,只有將每一個步驟都根據(jù)規(guī)范進行操作才能讓剪力墻將它所具有的優(yōu)點發(fā)揮出來?？傊?在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意:選擇適合的計算機軟件,并合理的選擇計算分析方法,確定計算模型和相關(guān)參數(shù),并對計算結(jié)果的合理性進行判斷。只要在剪力墻設(shè)計中將應(yīng)注意的問題做到位,今后,剪力墻在高層多層建筑中的應(yīng)用一定會得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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