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1、第1 八届令固商层建筑结构学术会i 义论义2 0 0 4 年短肢剪力墙配筋方式设计探讨廖文彬福建省建筑设计研究l 浣3 6 1 0 0 9提要：本文从短肢剪力埔受力特点分析，从提高短肢剪力墙延性及抗震性能出发，对短肢剪力墒配筋方式提出建议，并对在应用高规中产生的一些问题提出个人看法。关键词：短肢剪力墒、延性、抗震性能、配靛设计逡议1 前言由丁短肢剪力墙具有两个明显优点：1 、有利于住宅平面的布置；2 、在满足结构剐度要求F 可避免结构刚度过大，引起地震力增大导致造价增加，同时由于墙肢短，可降低造价。这优点使得近年来短肢剪力墙应用比较广泛，僵短肢剪力墙也存在抗震性能较差，地震区应用经验不多的情况
2、，新的高层建筑硷结构技术规程( J G J 3 - 2 0 0 2 ) ( 简称离规)在总结近年的研究和应用经验，首次将短肢剪力墙纳入规程，对设计者来讲有规范可循，大大方便设计。经过一年多的应用，由于存在对规范的理解程度不同，同样的短肢剪力壤配筋设计不尽相同，甚至相差很大，如何达到配筋合理，安全可靠，这是设计中关心的问题。笔者就设计所遇到的问题及对规范的应用理解提出个人看法，请大家批评指正。2 短肢剪力墙的受力特点和抗震性能高规对短肢剪力墒具有明确定义：指墙肢高度与厚度之比( 简称墙肢高厚比) 为5 8 的剪力墙，一般剪力墙是指墒肢高厚比大于8 的剪力墙。短肢剪力墙是从异形拄演变丽来，当墒肢离
3、厚比4 时，就是异形牲，异形柱变形后基本符合平截面假定，力学特性接近于柱，当异形柱墙肢加长就演变为短肢剪力墙。短肢剪力墙的力学性能介予柱与剪力墙之间变化，变形由框架的剪切型逐渐过渡到剪力墙的弯曲型，大部分为弯剪型。弯曲型变形的剪力墒具有良好的延性，弯剪型的短肢剪力墙延性不如一般剪力墙，抗震性能也就不如一般剪力墒。为保证结构安全，应提高短肢剪力墙的抗震性能。高规对短肢剪力墙提出了8 条抗建措施，其目的就是提离短肢剪力墙的延性，例如要求在结构体系中不廊采悄全部为短肢剪力墙，应布置一定的筒体和一般剪力墙，并且筒体和一般剪力墙承受的第廖文彬男1 9 6 5 3工学硕士高级工程师3 1 6 第十八届全国
4、商屡建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的5 0 ，这条要求就是限制短肢剪力墙的数羹，由具有良好延性的简体和一般剪力墙占主导作用，保证整体结构具有良好的抗震性能；其它采取的措施如将短肢剪力墙抗震等级提高一级、限制墙肢轴赝比、限制最小截面厚度、提高纵向配筋率、提高剪力设计值增大系数等。这些抗震措施均能有效提高短肢剪力墒的延性及抗震性能。3 短肢剪力墙配筋方式讨论高规第7 1 2 条的第6 点规定：抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋配筋率。底部加强部何不宜小于1 2 ，其他部位不宜小于1 O 。j 二程设计中因设计者习惯不同。配筋方式也不
5、同。归纳起来有三种方式：第一种为按照柱配筋方式，纵筋基本均匀分布在周边；第二种为按剪力墙的配筋方式，在墙端郑设暗柱，纵筋主要配置在暗柱处：第三种为按柱配筋方式，但纵筋参照剪力墙布筋方式，主要配置在暗柱位置，如图一所示。lh 。l 卜上L 一第一种：柱配筋方式第二种：蒡力墙配筋方式第三种：综合柱墙配筋方式图一配筋方式就三种配筋方式讨论如下：( 1 ) 第一种为柱配筋方式。该种配筋方式与柱配筋方式相同，纵筋基本均匀分布在周边。剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，短肢剪力墙的力学特性接近一般剪力墙。变形后符合平截面假定，受力时平面内两端受力大，因此配筋应集中在端部，才
6、能发挥钢筋的强度。墙肢中部的配筋因距中和轴近，发挥作用小，配筋可小。由此可见，按照柱配筋方式，与短肢剪力墙受力特点不符，配筋不合理。这一点从异形柱的配筋也可看出，图二为异形柱的配筋方式，异形柱的配筋要求配置在端部边缘及折角处，腹部考虑受力翘曲影响，仅配置构造钢筋。因此短肢剪力墒的墒肢中部，按3 1 7 L第H 届全国岛层建筑结构学术会议论义2 0 0 4 年一般剪力墙墒身的构造配筋要求进行适当加强即可。图二异型柱配筋方式图三短肢剪力墙图四一般剪力墙( 2 ) 第二种为剪力墙配筋方式。冈短肢剪力墙受力与一般势力螭类似。按剪力墒配筋方式符合受力特点。通过在端部设置暗柱等边缘构件，由于边缘构件中的箍
7、筋对砼的约束，使砼有较大的变形能力，避免受压区砼过早压碎破坏，同时也限制了裂缝发展，从而提高了剪力墙的延性及耗能能力。因此高规对剪力墙边缘构件的范围配筋有详细要求。键短肢剪力墙将全部纵向钢筋大部分配置在暗柱内时，可能使暗柱配筋率相当高。以下以一个特例来说明，如图三所示，墙肢高厚比为8 ，判别为短肢剪力墙。暗柱按高规要求设置，如图中阴影所示，暗柱面积为全部面积的4 4 ，假定该部位为底部加强区，剪力墙抗震等级二级，则按高规要求短肢剪力墙全部纵筋配筋率不宣小于1 2 ，假设纵筋配筋配置在非暗柱部分为0 5 ，则暗柱部分配筋率为( 1 2 - - 0 5 6 0 5 ) 0 4 4 = 2 。0 9
8、。假定该短肢剪力墙上至非底部加强部位楼层，墙肢厚改为b = 2 4 0 ，其余尺寸不变，墙肢高厚比为2 0 0 0 2 4 0 - 8 3 3 8 ，该剪力墙为一般剪力墙。按高规要求设置的构造边缘构件暗柱，如图四所示，暗柱的纵向钢筋最小配筋率按要求为1 O 。从该特例中可看出：上、卜层略柱面积接近，暗柱配筋率相差2 倍以上，也就是说由短肢剪力墙过渡到一般剪力墙，配筋量上突变；此外当纵向钢筋按受力特点主要布置在平面内的端部时会产生墙肢高厚比越大，端部配筋越大的情况，这在概念及实际受力要求上均为不合理；当短肢剪力墙配筋不是计算控制，而是按构造要求配筋，即暗柱配筋率为2 0 9 ，该配筋显然过高。高
9、规第7 2 1 0 条、第7 1 2 条对二级短肢剪力墙的剪力设计值应乘以增大系数：底部加强部位为1 4 ，其他各层为1 2 ，该系数即为体现“强剪弱弯”要求，暗柱构造配筋过高，将可能使截面受弯承载力高于受剪承载力，也就可能产生剪切破坏先于受弯破坏，而剪切破坏属脆性破坏，是设计中应避免的。由上可见，短肢剪力墙按全截面最小配筋率将全部纵向钢筋大部分配置在暗柱内，也是存在一定问题。( 3 ) 第三种为按柱配筋方式，但纵筋参照剪力墙布筋方式主要配置在暗柱位置处，该3 1 8 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年种方式主要考虑短肢剪力墙墙肢较短，设置暗柱后余下的剪力墙长度很短，剪力墙
10、水平筋按要求必须锚入暗柱内，这样不同的墒段出现墙、柱两种构件，不便于施工，为此，为方便施一1 i 将剪力墒的水平筋与暗柱箍筋合二为一，纵筋设置则完全同第二种配筋方式，冈此，该种配筋方式存在的问题也就与第二种存在的问题相同。4 短肢剪力墙配筋设计建议从上述讨论中可以看出，短肢剪力墙墙肢高厚比5 8 ，受力状态从柱过渡到剪力墙，变化幅度大，受力复杂，抗震性能较差。工程中剪力墙形状千变万化，设计中应根据实际情况，理解应用规范，提高短肢剪力墙的抗震性能，傲到既安全又经济合理。( 1 ) 短肢剪力墙的抗震性能与短肢剪力墙的数量、抗震等级、位置、轴压比、墙肢高厚比等因素密切相关，应根据这些因素来确定对短肢
11、剪力墙采取的抗震措施。离规第7 1 2 条的8 条措施也明确指出为短肢剪力墙较多的情况下应采用的，对短肢剪力墙数量少、抗震等级低、所处位置不在角部、轴压比小、墙肢高厚比大的情况，可根据实际情况米确定采取的抗震措施，不必全部满足高规第7 1 2 条的8 条措施。( 2 ) 短肢剪力墙与一般剪力墙受力相接近，纵向筋设置应主要布置在平面内的端部形成暗柱，暗柱范围可参照一般剪力墙的边缘构件要求确定。暗柱配筋率随墙肢高厚比增大而减少，当高厚比接近一般剪力墙时。暗柱配筋率可接近般剪力墙边缘构件最小配筋率要求。暗柱配筋率应根据短肢剪力墙数量、抗震等级、位置、轴压比、墙肢高厚比等因素综合考虑确定，但最小配筋率
12、不小于暗柱面积的1 2 ，暗柱配筋率较高时，应同时提满配箍特征值，以保证短肢剪力墙“强剪弱弯”的要求。暗柱最小配箍特征值不宜小于0 2 0 ，非暗柱的墙肢中部配筋，可按一般剪力墙墙身配筋要求适当加强，当墙肢高厚比较小时，配筋赢加强些。( 3 ) 高规对短肢剪力墙的纵向钢筋最小配筋率要求与抗震等级无关，这不尽合理，对抗震等级高的应严格要求，对抗震等级低的可从宽。高规对短肢剪力墙的最小配箍特征值没有提出要求，也就是说遵守一般剪力墙的配箍要求，从提高延性要求讲，这显然偏低，设计中应提高配箍要求。( 4 ) 对墙肢高厚比为3 - - 5 的剪力墙，由于墙肢刚度小，可能每层出现反弯点，易形成剪跨比小丁2
13、 的“短枝”，甚至“超短柱”，产生剪切破坏，因此其抗震性能差，设计中应尽簧避免采用。如果难以避免，虽然高规未有明确相应条文，可参照短肢剪力墙的措施采用。但应更严格。( 5 ) 对于剪力墙筒芯中因墙过长设置结构洞及门、窗开洞而形成的墙肢高厚比小于8的墙肢，设计中经常遇到，甚至数量不少，特别是当筒芯的墙厚较厚，达5 0 0 、6 0 0 时，墙长达4 米、5 米，墙肢高厚比判别仍小于8 ，按规程仍是短肢剪力墙。这样，完全以墙肢高厚比来判别短肢剪力墙，就可能出现即使有一个很强的筒体，短肢剪力墒数鬣和承担的倾3 1 9 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年覆弯矩仍超过K 墙，判定该结
14、构体系不成立的情况。实际上，从受力来分析，筒体由丁，洞口小，墙体厚度较大，通过连梁形成的联肢墙整体性好，有的成为小开口整体墙，类似丁一片墙的工作性能，因此，一般筒体可看成一个整体，变形呈弯曲型，抗震性能良好。由此可见，对整体性好的简体，不必将墙肢高厚比5 - - - 8 的墙肢判定为短肢剪力墙，并按短肢剪力墙要求处理。短肢剪力墙由异形柱演变而来，一般墙肢厚度与填充墙厚度相同，也即墙肢厚度较薄，墙肢长：度一般也在2 米以内。对于墙肢厚度较厚，墙长较长的剪力墙，虽然按墙肢高厚比判别为短肢剪力墙，但由于其自身刚度大，变形接近弯曲型，具有良好延性，也可不必完全按短肢剪力墙要求执行，可适当放宽要求，当刚
15、度很大时，甚至可按般剪力墙要求设计。5 小结( 1 ) 高规规定的短肢剪力墙全截面纵向钢筋最小配筋率要求提法。当按受力特点主要布置在平面内的端部时，会产生墙肢高厚比越大，端部配筋越火的不合理现象，并可能由于没有相应提高配箍特征值而不能满足“强剪弱弯”要求。配筋率在与一般剪力墙相衔接时，无法平滑相接，呈突变。建议设计中短肢剪力墙参照一般剪力壤设置边缘构件，并对边缘构件根据短肢剪力墙数量、抗震等级、位置、轴压比、墙肢高厚比等不同确定相应的最小配筋率和最小配箍特征值要求，做到配筋设计合理安全。( 2 ) 高规规定的短肢剪力墙全截面纵向钢筋最小配筋率要求，与抗震等级无关，对短肢剪力墙的最小配箍特征值没
16、有比一般剪力墙提高，这在概念上不尽合理，+ l j 程设计中设计者可根据实际情况进行调整处理，使设计既安全又经济。( 3 ) 整体性较好的剪力墙简体，简体中对墙肢高厚比为5 “ - - 8 的墙肢，可不必按短肢剪力墙的要求处理，可按一般剪力墙要求，墙肢厚度大，墙肢较长的，虽墙肢高厚比小T8 ，但刚度火，也可不必完全按短肢剪力墙要求处理。最后，由于笔者水平有限，对规范及一些问题的个人看法未必正确，敬请批评指正。参考文献【l 】离层建筑混凝土结构技术规程( m J 3 2 0 0 2 ) ，中国建筑工业出版社，2 0 0 2【2 】程文演等，短肢剪力墙的设计与研究，建筑结构，2 0 0 1 ，( 7 )【3 】张晋等，异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系，建筑结构，2 0 0 1 ，( 7 )【4 】黄东升等。短肢剪力墙的设计与研究( 三) 。建筑结构，2 0 0
