剪力墙结构设计浅析

周　洲

摘　要:介绍了剪力墙的边缘构造设计方法,阐述了剪力墙结构的厚度和配筋问题的解决措施,论述了剪力墙连梁的设计要求,提出了剪力墙结构超长问题的解决方法,以保证设计合理。

关键词:剪力墙,配筋率,连梁

中图分类号:TU398.2文献标识码:A

随着人们对住宅,特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高,原来普通框架结构的露梁露柱已不能满足人们对住宅空间的要求。剪力墙结构能够按照建筑空间的分隔来布置墙体,在很大程度上克服了普通框架结构的缺点,受到了建筑师的肯定,更得到了住户与房开商的欢迎。在此仅对高层剪力墙结构设计中的一些问题进行探讨。

1　剪力墙的边缘构造

1)结构试验表明,矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差;计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性;因此在矩形墙两端设约束边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性,还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。

2)从2002年开始实施的建筑结构规范,根据结构类型及受力状况,对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘,按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。

“抗规”G B5001122001规定抗震墙结构、部分框支抗震墙中落地剪力墙当一、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件;但对于一般抗震墙结构(除部分框支墙外)当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。“抗规”未明确框架—剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等级和轴压比界限值;但根据混凝土规范11.7.14条理解框架—剪力墙不受一、二抗震等级限制,凡底部加强区及其上一层不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、

“混凝土规”和“高规”设计约束边缘构件可以发现,框剪结构、框支结构、框筒结构的要求应严于一般剪力墙结构,因此规范要求的条件也就多了一些,设计中应引起注意。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比,也要复核长墙肢的轴压比:抗震墙结构中,当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2,所以一般除9度地震区外,都可以不设约束边缘构件(高层底部加强区除外),只需设计构造边缘构件,不少设计都忽视了这点,造成浪费。

2　剪力墙结构的厚度和配筋问题

1)根据抗震规范6.1.2条规定,8度地震区剪力墙结构的抗震等级至少应为二级;按6.4.1条要求剪力墙底部加强部位墙厚一、二级抗震等级时不宜小于200mm,且不小于层高的1/16,其他部位不小于160mm,当墙端头无翼墙或暗柱时不应小于层高的1/12。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小,稳定性差,容易在偏心荷载作用下压屈失稳,但这些规定对于8度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。所以象这样特殊情况的低多层建筑不应要求死扣规范,而应通过采用概念设计分析,控制墙肢轴压比,进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋,保证其整体性连接等措施,是可以使墙厚减小的。

2)墙体的配筋率,目前在“混凝土规”11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中,竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%;部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3%。

墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗温度应力防止混凝土出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或为框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。

3　剪力墙连梁设计问题

与剪力墙相连的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小,截面大,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此,高层建筑在水平力作用下,连梁的内力往往很大。

高层建筑连肢墙在水平力作用下的破坏分为脆性破坏(即剪切破坏)和延性破坏(即弯曲破坏)两种。连肢墙的脆性破坏又可分为两种情况。

一种是脆性破坏发生于墙肢。墙肢由于抗剪能力不够而发生剪切破坏,会使剪力墙很快丧失承载能力。造成结构的突然倒塌,这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数,就是为了防止剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。脆性破坏的第二种情况是连梁发生剪切破坏,导致连肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,连肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙,这会使结构的侧向刚度大大降低,墙肢弯矩加大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数,也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是,和第一种墙肢发生剪切破坏相比,连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力,在墙肢破坏前,只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载,还不会造成结构的倒塌。

剪力墙的延性破坏也可分为两种情况。一种是连梁不屈服,墙肢首先发生弯曲破坏,这种墙在破坏时的极限变形较小。因此,对有抗震设防要求的建筑来说,它虽然是一种延性破坏,但吸收地震能量的能力是较低的,设计中应避免这种情况的发生。延性破坏的第二种是连梁先屈服,最后是墙肢的屈服。当连梁有足够的延性时,它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量。同时,通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使连肢墙保持足够的刚度和强度,这是设计时应首先考虑

建筑物加固技术探讨

张火金

摘　要:首先简单介绍了当今社会的建筑物加固技术,总结了混凝土结构、砌体结构、钢结构三种建筑结构形式的加固技术,做了具体的分析论述,并举实例进行了论证,以起到抛砖引玉的作用。

关键词:建筑物,加固技术,结构形式

中图分类号:TU311.2文献标识码:A

随着人类改造自然能力的增强,人类对自己周围的建筑物也有了更高层次的要求。建筑物加固技术的提高,便是在人类需求的驱使下提高的。建筑物加固技术根据其材料和成分不同,一般可分为混凝土加固技术、砌体结构加固技术、钢结构加固技术、粘贴碳纤维结构加固技术等,文中就几种重要的建筑物加固技术进行了论述,并提出几点建议。

1　混凝土结构加固探讨

1.1　直接加固的一般方法

1)置换混凝土加固法。适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土加固,且加固后不影响建筑物的净空,但存在施工时湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

2)粘贴钢板加固法。特点是施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

3)绕丝法。适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。

4)加大截面加固法。施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

5)粘贴纤维增强塑料加固法。具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

6)有粘结外包型钢加固法,也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600℃以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结

做到的。为了保证连肢墙的延性要求,对连梁的延性要求是非常高的。因此,在设计高层建筑剪力墙时,必须十分注意保证连梁的延性要求。

4　剪力墙结构的超长问题

混凝土规范9.1.1条规定现浇混凝土剪力墙结构的温度伸缩缝最大间距在室内或土中时为45m,露天时为30m;而现浇框架剪力墙或框架核心筒结构的伸缩缝间距可取45m～55m。规范的这一规定显然与现今建筑的体量越来越大但功能又要求不设缝发生矛盾;因此目前许多工程中的伸缩缝间距都突破了规范的规定。

在处理超长结构时,特别是处理超长的剪力墙结构时要特别慎重,严格遵守规范规定的限值,由于建筑使用功能要求不允许超长建筑设永久缝时,建议采用对结构施加预应力的方法并结合设计构造措施、施工措施共同给予处理,其理由如下:

1)剪力墙结构刚度大,受温差影响大,混凝土的收缩、徐变产生的变形大,墙体对楼面、屋面产生的约束也大;当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。一些未超长的剪力墙结构产生墙体或楼面裂缝,其主要原因就在此。

2)剪力墙结构多用于商品住房和公寓,使用状况复杂,一旦私人购买的房子出现裂缝,虽然没有安全问题,但处理起来问题多,难度大,社会影响大。

3)混凝土结构受温度或收缩徐变的影响与众多因素有关;而体型庞大的剪力墙房屋往往形状复杂,混凝土收缩大,约束应力积聚也大,施工工艺及管理也难控制,环境影响使用变化难于判断,因此更难于保证混凝土收缩变形时,在受约束条件下引起拉应力而不出现裂缝。

4)普遍使用商品混凝土泵送施工,为了泵送,增大水泥用量,减少了中粗骨料含量和骨料粒径,加上泵送混凝土配合比和施工送料时的不良因素影响等都加大了结构收缩量,增加产生裂缝的因素。

参考文献:

[1]G B5001022002,混凝土结构设计规范[S].

[2]G B5001122001,建筑抗震设计规范[S].

[3]J G J322002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

On structural design of shear w all

ZH OU Zhou

Abstract:The following paper introduces design method of shear wall’s fringe structure,illustrates solutions for the problems as thickness and reinforcement of shear wall structure,discusses design requirement of shear wall continuous beam,and proposes solutions for overlong shear wall structure,which to ensure rationality of the design.

K ey w ords:shear wall,reinforcement ratio,continuous beam