剪力墙结构设计的几个问题

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建筑 工 程 １ Ｉ Ｉ
剪力墙结构设计的几个 问题
胡 昌哲
（ 州 市建 筑设 计研 究 院 ， 宁 锦 州 １１ ０ ） 锦 辽 ２ ０ １
摘 要 ： 剪 力墙 设 计 中的 基 本 概 念 、 力墙 的 边 缘构 造 、 力墙 结 构 的厚 度 和 配 筋 问题 、 对 剪 剪 高层 建 筑 剪 力墙 连 梁 设 计进 行探 讨 。
关键词 ： 剪力墙 ； 连粱； 结构 ； 设计 连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计 １ 剪力墙设计中的基本概念 此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著 塑性状态， １ 剪力墙高和截面高度尺寸较大但截 面 地提高墙体的延性 ， ． １ 还能防止剪力墙发生水平剪 规范总则的要求， 建筑物在遭受低 于本地区设防 厚度较小 ， 几何特征像板， 受力形态接近于柱 ， 而 切滑动提高抗剪能力 。 ８ 规范开始在剪力墙 烈度 的多遇地震影响时， 从 ９ 一般不损坏或不需修复 与柱的区别 主要是其截面高度与厚度的比值， 中提 出了暗柱、 当 端柱、 翼墙 （ ）转角墙 （ ， 柱 、 柱）也 仍可使用。 当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地 比 值小于或等于 ３ 时宜按框架柱进行截面设计 ， 就是 目 前规 范中的约束边缘构件或构造边缘构 震时， 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏 。因 当墙肢截面高度与厚度之 比 ２ ４时可视为异 件的抗震措施。 在 — 此， 剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏， 也就 形柱 ， 按双向受压构ｆ ￣－ ， ￥ Ｈ 当墙肢截面高度与 － ２ ． ２ ０ 年 始实施 的建筑结构规范 ， ２从 ０ ２ 根 是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则． 厚度之 比在 ５ ８时为短肢剪力墙 ，当墙肢截面 据结构类型及受力状况 ， — 对剪力墙两端及洞 口两 同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服， 而且要 高度 与厚 度 之 比大 于 ８时为 —般 剪 力墙 。 侧 的加强边缘， 按墙肢在重力荷载代表值作用下 求墙肢和连梁具有良好的延性。 因此在实际工程 １ ． ２剪力墙结构 中， 墙是一平面构件 ， 它除 墙 肢轴压 比的界线及加强部位要求分为 约束边 中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考 承受 沿其平面作用的水平剪力和弯矩夕 ， Ｉ还承担 缘 构 件 和 构 造 边 缘 构 件 两 类 。 “ 规 ” 虑以下几个方面：２ 关于连梁刚度的折减。连 － 抗 ３． ．１ 竖 向压力 ； 在轴力 ， 弯矩 ， 剪力 的复合状 态下工 Ｇ ５ ０ １２ ０ 规定抗震墙结构 ， 、 Ｂ ０ １— ０ １ 一 二级抗震 梁 由于跨高比小， 与之相连的墙肢刚度大等原因， 作， 其受水平力作用下似—底部嵌固于基础上 的 墙底部加强部位及相邻的上一层应设置约束边 在水平力作用下的内力往往很 大。 连梁屈服时表 悬臂深梁。 在地震作用或风载下剪力墙除需满足 缘构件， 但墙肢底截面在重力荷载代表值作用下 现为梁端出现裂缝， 刚度减弱， 内力重分布。因此 剐度强度要求外， 还必须满足非弹性变形反复循 的轴压 比小于 ０１ 一级 ９度 ）０ （ 级 ８度 ） 在开始进行结构整体计算时， ．（ 、． 一 ２ 、 就需对连梁刚度进 环下的延性 、 能量耗散和控制结构裂而不倒的要 Ｏ３ 二级） ．（ 时可设置构造边缘构件 。部分框支抗 行折减。根据《 钢筋混凝土高层建筑结构设计与 一 二级落地抗震墙底部加强部 位及 施工规程》第 ４ ｌ７ 求 ：墙肢必须能防 Ｉ Ｅ 墙体发生脆性剪切破坏 ， 震墙结构 ， 、 因 条规定 ： 内力与位移计 “ 在 此注意尽量将剪力墙设计皎延性弯曲型。 相 邻的上一层的两端应设置符合约束边缘 构件 算中所 有构件均可采用弹性刷度， 在框架 一 剪力 ｌ３ ＿实际工程 中剪力墙分为整体墙和联肢 要求的翼墙或端柱， 口 洞 两侧应设置约束边缘构 墙结构中， 连梁的刚度可予以折减， 折减系数不应 墙： 整体墙如一般房屋端 的山墙、 鱼骨式结构 片 件 ； 不落地抗震墙应在底部加强部位及相邻的上 小于 ０５ 。”一般在实际设计 中我们 在 ０ ５ ｌ ． ５ ． 一 ５ 墙及小开洞墙 。整体墙受力如同竖向悬臂 ， 当剪 层的墙肢两端设置约束边缘构件。一 、 以符合截面设计的要求。３２ ．． ２加连粱 二级抗 之间取值． 力墙墙肢较长时 ， 在力作用下法 向应力呈线性分 震墙的其他部位和三、 四级抗震墙 ， 均应设置构 跨度减少高度。在连梁设计中。 刚度折减后， 仍可 布， 破坏形态似偏心受压柱 ， 配筋应尽量将竖向 造 边缘 构 件 。 能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承 ３ 高层建筑剪力墙连梁 十 的探讨 载力不够的情况， 这时可以增加洞口的宽度， 以减 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 ３ 连梁的工作和破坏机理 ． １ 少连梁刚度。减少了结构的整体刚度， 也就减少 大配筋率； 为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜 在风荷载和地震荷载作用下， 墙肢产生弯曲 了地震作用的影响， 使连梁的承载力有可能不超 过长， 以防止截面应力相差过大。联肢墙是 由连 变形， 使连梁产生转角， 从而使连梁产生内力。同 限。如果只是部分连梁超筋或超限．ｌ 贝 可采取调 Ｊ 梁连接起来的剪力墙 。 但因一般连粱的刚度比墙 时连梁端部的弯矩、 剪力和轴力又反过来减少 了 整连梁 来解决 。调整的幅度不宜大于 ２ ％ ０， 肢刚度小得多 ， 墙肢单独作用显著 ， 连梁中部 出 墙肢的内力和变形， 对墙肢起到了一定的约束作 且连梁必须满足“ 强剪弱弯” 的要求。３ ＿增加 ．３ ２ 现反弯点要注意墙肢轴压 比限值。 壁式框架 ： 用， 改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙 中 剪力墙厚度。亦 即增加连梁的截面宽度 ， 其结果 当剪力墙开洞过大时形成宽梁、 宽柱组成的短墙 的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种， 即脆 方面由于结构整体剐度加大地 震作用产生的 肢， 构件形成两端带有刚域的变截 面杆件 ， 内 性破坏 （ 在 剪切破坏 ） 和延性破坏 （ 弯曲破坏 ） 。 连 内力增加另 一方面连梁的受剪承载力与宽度的 地震所产 力作用下许多墙肢将出现反弯点 ， 已类似框架 梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力， 墙 在沿墙全 增加成正 比。由于该片墙厚增加以后， 的受力特点 ， 因此计算和构造应按近似框架结构 高所 有连梁均发生剪切破坏时， 各墙肢丧失 了连 生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪 考虑 。 梁对它 的约束作用， 将成为单片的独立梁。这会 力墙， 而是小于这个比例， 因此有可能使连梁的受 １ 墙的设计计算 是考虑水平 和竖向作用 使结构的侧 向刚度大大降低， ． ４ 变形加大， 墙肢弯矩 剪承载力不超限。 ．４提高混凝土等级。 ３． ２ 混凝土 下进行结构整体分析， 求得内力后按偏压或偏拉 加大， 并且进一步增加 Ｐ △效应 （ 一 竖向荷载 由 等级提高后， 的地震作用影 响增加的比例远 结构 进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。 于水平位移而产生的附加弯矩 ）并最终可能导 小于混凝土受剪承载力提高的比例， 当 ， 有可能使连 受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载 致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时， 梁端会 梁的 受剪承载力不超限。３ ． ．５地震区高层建筑 ２ 力验算。在剪力墙承载力计算中， 对带翼墙的计 出现垂直裂缝爱 拉区会 出现微裂缝， 在地震作用 的剪力墙连梁， 在进行了上述调整后， 仍有部分不 算宽度按以下情况取其小值： 即 剪力墙之间的 下会出现交叉裂缝 并形成塑性绞， 可取连梁截面的最大剪压比 结构刚度降 符合承载力要求时， 间距 － 窗洞 口 ｂ 门 之间的翼缘宽度；墙肢总高度 低， ｃ ． 变形加大， 从而吸收大量的地震能量 ， 同时通 限值确定剪力。然后按“ 强剪弱弯” 的要求， 配置 的 １ Ｏｄ ／ ； 剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各 ６ 的 过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力， ｌ ． 倍 对墙肢起到 相应的纵向钢筋 。此时， 如果不能保证连梁在大 长度。 定的约束作用， 使剪力墙保持足够的刚度和强 震时的延性要求， 应重新 计算整个结构 。 必要时 ｌ ５为了保证墙体 的稳定性及便于施工 ， 使 度。在这一过程中， 连梁起到了一种耗能的作用， 调整结构布置 ， 使连粱的承载力符合要求。 墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力 ， 规范 对减少墙 肢内力，延缓墙肢屈服有着重要 的作 ４结论 要求一 、二级抗震墙时墙的厚度应 ≥１０ ｍ， ６ ｒ 底 用。但在地震反复作用下， ａ 连梁的裂缝会不断发 高层建筑剪力墙结构 的设计受很多 因素的 加宽， 直到混凝土受压破坏 。 制约。结构的内力 和剪力墙的多少 、 每片剪力墙 部加强区宜 ＞２ ０ ｍ， 、 ￣ ０ｍ 三 四级抗震等级时应 ≥ 展 、 １０ ｍ， ６ ｍ 竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。 ３２设 计 的建议 ． 的水平力大小、 墙肢刚度 、 连梁的刚度都有关。 因 设计时要把互 ２ 剪力墙的边缘构造 在墙肢和连梁的协同工作中， 剪力墙应该具 此在设计时 问 题是比较复杂的 ． ２１ 构试验表 明矩形截 面剪力墙 的延性 有足够的刚度和强度。 ．结 在正常的使用荷载和风荷 相制约的因素统一协调 ， 以取得比较理想的结 比 工字形或槽形截面剪力墙差； 计算分析表明增 载作用下， 结构应该处于弹性工作状态， 连梁不应 果 。 加 墙 目 截而 两端 的翼 缘 能显 著提 高 墙 的延性 ； 专 因 该产生 塑性铰。在地震作用下， 结构允许进入弹