對剪力墻的認識與把握

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

  

對剪力墻的認識與把握

1、規(guī)范對剪力墻的相關規(guī)定

1）剪力墻的劃分：依據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ 3-2002（以下簡稱：“高規(guī)”）的相關規(guī)定，各類墻肢截面高寬比（截面高度與厚度 的比值，即 / ）見表1。

表1     各類剪力墻的墻截面高寬比

剪力墻分類

一般剪力墻

短肢剪力墻

超短肢剪力墻

柱形墻肢

剪力墻截面高寬比

＞8

8≥ ≥5

5＞ ＞3

≤3

說明：表中“超短肢剪力墻”、“柱形墻肢”是筆者為便于區(qū)分不同情況而劃分的。

2）關于短肢剪力墻：短肢剪力墻較多的剪力墻結構的設計要求見表2。

表2     短肢剪力墻較多的剪力墻結構的設計要求

序號

項目

規(guī)定

1

結構的最大適用高度H

（抗震與非抗震）

比剪力墻適當降低，且7度H≤100m、8度H≤60m

2

筒體和一般剪力墻承受的

第一振型底部地震傾覆力矩

≥0.5

為結構總底部傾覆力矩

3

短肢剪力墻的抗震等級

應比一般剪力墻提高一級

4

短肢剪力墻的軸壓比

抗震等級為一、二、三級時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；

無翼墻或端柱時其軸壓比限值降低0.1

5

抗震設計時，短肢剪力墻除底部加強部位外的各層剪力設計值增大系數

一級1.4、二級1.2

6

抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的最小配筋率

底部加強部位1.2%

其他部位1.0%

7

短肢剪力墻的最小截面厚度

200mm

8

7度和8度抗震設計時

短肢剪力墻宜設置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側相交的樓面梁

2、對規(guī)范規(guī)定的理解與認識

1）“混凝土規(guī)范”規(guī)定 ＞4時，按剪力墻要求設計；

2）對于 ≤3的剪力墻墻肢，規(guī)范規(guī)定按框架柱進行截面設計。注意：此處規(guī)范規(guī)定的是“按框架柱進行截面設計”，就是在抗力設計時，采用柱截面計算的原則來確定墻肢的，其他要求同墻。有文獻提出墻肢的軸壓比也按框架柱要求。比較可以發(fā)現(xiàn)，在抗震等級相同時，規(guī)范對于框架柱的軸壓比限值要遠大于對墻肢軸壓比限值，因此對小墻肢按框架柱要求控制軸壓比是不合適的。

3）當短肢剪力墻較多時，應采取相應的結構加強措施，見表2，概括起來主要有以下幾點：

（1）短肢剪力墻的縱向配筋，不區(qū)不同分抗震等級，加強部位相當于一級抗震等級時的一般剪力墻約束邊緣構件的配筋要求，其他部位則當于二級抗震等級時的一般剪力墻約束邊緣構件的配筋要求。

（2）對短肢剪力墻應進行剪力再增大（增大系數：一級1.4，二級1.2）。

（3）對普通剪力墻只限制加強部位的軸壓比（一級0.5（9度0.4）、二級0.6），而對短肢剪力墻則限制所有部位（加強區(qū)與非加強區(qū)）的軸壓比（一級0.5、二級0.6、三級0.7）。

（4）對一字形短肢剪力墻應采取比帶翼墻短肢剪力墻更嚴格的抗震措施（軸壓比限值再降0.1）。

4）當短肢剪力墻不較多時，可不采取短肢剪力墻較多時相應的結構加強措施；

5）抗震與非抗震設計的高層建筑結構均不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。

6）規(guī)范沒有明確規(guī)定單層及多層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構；

3、對剪力墻劃分的設計建議

1）短肢剪力墻的實用劃分原則：短肢剪力墻（8≥ / ≥5）分為一字形短肢剪力墻和帶翼墻（翼墻長度≥3 時）短肢剪力墻。當剪力墻截面厚度 ≥H/15（H為層高）、 ≥300mm且 ≥2000mm的墻，可不按短肢剪力墻考慮。（注意：廣東省標準（DBJ/T 15-46-2005）規(guī)定：“剪力墻截面高度與厚度之比大于4、小于8時為短肢剪力墻。當剪力墻截面厚度不小于層高的1/15，且不小于300mm，高度與厚度之比大于4時仍屬一般剪力墻”。上述規(guī)定在墻厚300mm時出現(xiàn)很大的跳躍）。

2）對有效翼墻的判定，有資料依據規(guī)范對剪力墻邊緣構件范圍的規(guī)定，來定義T型截面剪力墻的翼墻長度（要求在翼墻寬度每側不小于2倍墻厚時才認定翼墻有效）是不合理的，任何情況下，當翼墻長度不小于墻肢厚度 （注意此處是墻肢的截面厚度，而不是翼墻本身的截面厚度 ）的3倍時，均可認為翼墻有效。

3）對短肢剪力墻較多的判別

所謂“短肢剪力墻較多”沒有定量的界限，但從概念上說，可以從承受豎向荷載的能力、結構底部的傾覆力矩及結構的均勻對稱性三方面綜合確定，當符合下列條件之一時，可判定為“短肢剪力墻較多”。

（1）短肢剪力墻的截面面積占剪力墻總截面面積50%以上；

（2）短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩達到結構總傾覆力矩的40%~50%時；

（3）短肢剪力墻承受荷載的面積較大，達到樓層面積的40%~50%以上（較高的建筑允許的面積應取更小的數量）；

（4）短肢剪力墻的布置比較集中，集中在平面的一邊或建筑的周邊。也就是說，當短肢剪力墻出現(xiàn)破壞后，樓層有可能倒塌。

上述（1）、（2）項，其本質是對結構傾覆力矩的判別，比較可以發(fā)現(xiàn)：當按（1）要求判別時，短肢剪力墻的傾覆力矩約為結構傾覆力矩的20%~30%，相比（2）小得多；（3）、（4）項則從短肢剪力墻承受豎向荷載的能力及結構均勻對稱的角度來把握。

4）當在剪力墻結構中設置少量的短肢剪力墻時，并不影響對原結構體系的判別，其結構仍可確定為剪力墻結構，可不采取規(guī)范對短肢剪力墻較多時相應的結構加強措施；

4．剪力墻傾覆力矩比對結構體系的影響分析

1）對任何形式的鋼筋混凝土結構，都可以通過結構底部剪力墻的傾覆力矩與結構底部總傾覆力矩 的比值加以區(qū)分（圖1），結構體系與 / 的大致關系見表3。

圖1   結構體系與 / 的大致關系

表3          結構體系與 / 的大致關系

結構體系

純框架結構

少量剪力墻的框架結構

框架-剪力墻結構

少量框架的剪力墻結構

剪力墻結構

強框架

弱框架

/

0

0~0.2

0.2~0.5

0.5~0.8

0.8~1.0

1.0

注：對應于少量剪力墻的框架結構，上表相應確定少量框架的剪力墻結構。

2）剪力墻傾覆力矩的取值

對剪力墻傾覆力矩的取值部位，規(guī)范沒有明確的規(guī)定（短肢剪力墻較多時除外），應根據工程經驗確定，一般情況下，對均勻對稱的結構可取結構底部，對其他結構可取底部加強部位。

3）對框架-剪力墻結構，可根據 / 比值判定為強框架或弱框架的框架-剪力墻結構。

（1）當0.2＜ / ＜0.5時，屬于強框架的框架-剪力墻結構，相應地框架的抗震等級按框架結構確定；

（2）當0.5≤ / ＜0.8時，屬于弱框架的框架-剪力墻結構，為典型的框架-剪力墻結構體系；

（3）是否可將結構確定為框架-剪力墻結構，關鍵看結構是否能真正形成二道防線。

4）關于少量框架的剪力墻結構

在剪力墻結構中設置少量的框架，結構的主要抗側力構件仍為剪力墻，少量框架根本起不到二道防線的作用，因此，不能將其歸類為框架-剪力墻結構，在結構設計中應采用包絡設計的原則，設計剪力墻時，可不考慮框架柱的抗側作用（在框架柱EA不變時，對EI取小值），按純剪力墻結構計算；對框架柱可按框架-剪力墻結構中的框架柱設計。

5）關于少量剪力墻的框架結構

（1）少量剪力墻的框架結構仍應歸類為框架結構；

（2）只有在純框架結構強度計算滿足規(guī)范要求，而框架結構的彈性位移角不滿足1/550的要求時，才設置少量剪力墻以使結構的彈性位移滿足1/550的要求，設置剪力墻的根本目的是為了利用剪力墻的彈性剛度，滿足規(guī)范對框架結構的彈性位移限值要求；

（3）規(guī)范只規(guī)定“結構分析計算應考慮該剪力墻與框架的協(xié)同工作”，但僅進行協(xié)同工作計算是不夠的，對框架結構應分步計算，即按純框架結構（去除剪力墻）計算、按框架-剪力墻結構計算，采用包絡設計的原則，框架的抗震等級按框架結構確定；

（4）應特別注意：對少量剪力墻的框架結構應驗算在剪力墻失效后（去除剪力墻）結構的彈塑性變形，并應使其滿足規(guī)范對框架結構的要求。

（5）剪力墻的設計

規(guī)范未明確少量剪力墻的框架結構中剪力墻的設計原則，這給剪力墻設計帶來相當的困難，剪力墻的設計也成為此類結構設計的焦點，其關鍵問題集中在剪力墻的抗震等級的確定和配筋原則等。

有文獻要求按框架-剪力墻結構確定剪力墻的抗震等級并配筋，實際工程中問題很多，首先，結構體系混淆不清，與框架-剪力墻結構混為一談，其次，由于設置的剪力墻很少，剪力墻的超筋現(xiàn)象很普遍，也無法按一般剪力墻設計。為此文獻[4、5]提供了對剪力墻設計的三種方法供讀者選擇采用。

（6）特別建議

由于布置少量剪力墻的框架結構在設計原則及具體設計中存在諸多不確定因素，給結構設計和施工圖審查帶來相當的困難，筆者建議，結構設計中應盡量避免采用，盡可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能較好的框架-剪力墻結構。當必須采用時，應提前與施工圖審查單位溝通，以利于設計順利進行，避免返工。

6）根據 / 的比值確定結構體系，在對結構體系區(qū)分的量值把握上可以有所不同（如圖1中0.2和0.8），但不影響對結構體系的宏觀控制標準，為此在實際工程中應盡量避免采用結構體系分界線附近的結構（圖1中 / =0.2、0.8附近區(qū)域），避免因結構設計的調整帶來結構體系飄忽，給結構設計及施工圖審查帶來困難。

 

 

參考文獻

[1] 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ3-2002）中國建筑工業(yè)出版社。

[2] 建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2001）中國建筑工業(yè)出版社。

[3] 朱炳寅、陳富生。建筑結構設計新規(guī)范綜合應用手冊中國建筑工業(yè)出版社2005。

[4] 朱炳寅。建筑結構設計規(guī)范應用圖解中國建筑工業(yè)出版社2005。

[5] 朱炳寅。配置少量剪力墻的框架結構建筑結構。技術通訊2007.5