剪力墙设计要点

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1、剪力墙设计要点: 为了保证墙体的稳定性及便于施工,使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能 力,规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应160m m,底部加强区宜200mm, 三、四级抗震等级时应140m m,竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。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。从 89 规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙(柱)、转角墙(柱, 也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。对规范的不同理解往

2、往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片 墙仅在端墙设暗柱,有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱,而即使是公开发表出版 的权威参考书或设计手册对暗柱(翼墙柱)的截面取值也出现了以下三种不同尺 寸,甚至相同的资料由于出版的时间不同,对规范的理解也有所不同。因此造成 配筋的差别很大,剪力墙的含钢量相差达 2倍。含钢量过大与过少都是明显不合 理的,开发商普遍有种钢筋恐惧症,而业主也有安全恐慌。结构设计首先要确保 结构安全其次才考虑控制造价,毕竟人的的生命是最宝贵的。但遗憾的是在中国 不管是现代建筑还是历史建筑普遍不能经受地震考验。“抗规”GB50011 -2001规定抗震墙结构、部分框支抗震墙

3、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 条笔者理解框 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当不满足轴压比 限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、 “砼规”和“高规”设计约束边缘 构件时,框剪结构、框支结构。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.

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,但这些规定对于八 度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。不必死扣规范,而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。墙体的配筋率,目前在“砼规”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

5、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砼出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配 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。但对 于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。墙的竖向钢筋主要 起抗弯作用,目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋;但配筋时 所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋,笔者认为 竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋,墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将 钢筋布置在墙

6、端部边缘区并保证钢筋间距w 300mm,也应该注意防止竖筋过多使 墙的抗弯强度大于抗剪强度,对抗震不利。2.剪力墙构造问题 剪力墙由墙柱、墙身和墙梁构成,墙柱位于墙边缘是墙的加强部位,与墙等厚为 暗柱,暗柱箍筋上下柱端无需加密,但在基础内需要不少于二道间距不大于 500MM 的固定箍筋,虽然很难起到固定作用,实际施工一般不放置。宽于墙厚 为端柱,端柱、独立暗柱和小墙肢钢筋构造按框架柱。墙形状虽然象板,但其钢 筋构造与板有本质的区别。板是单纯的受弯构件,可以采取分离式配筋,即板底 筋加支座负筋的的形式,但剪力墙必须按双层双向设计。板钢筋底筋进入支座 5D 且至中心线,但墙的水平筋必须到墙端,暗柱

7、与墙是个不可割的整体,是受 力共同体,暗柱是墙边缘约束加强构件,不管暗柱有多宽,剪力墙水平筋都伸至 暗柱外端,墙水平剪筋不存在与暗柱搭接或锚固。但但墙水平筋伸入端柱可以是 个锚固值,当小于锚固值时须伸至端柱内侧且弯折15D。墙在基础内插筋弯折长 度不于 150,且不少于二道水平筋和拉钩,主要起固定作用,但实际效果并不明 显又增加施工难度,缺乏可操作性,也是浪费钢筋。墙水平筋不宜在墙转角处搭 接,墙转角是墙应力集中部位,墙水平筋在转角搭接不能保证混凝土对钢筋的有 效握裹,减弱粘结强度,使墙转角成为薄弱部位。但水平筋避开墙转角连接会增 加施工难度,也给钢筋计算带来麻烦。墙水平筋与暗梁侧面钢筋不重复

8、布置两者 取大者。墙水平筋在框架梁不必设置。但墙竖筋贯通框架梁。墙水平筋贯通连梁, 放在连梁的外侧,但施工不便,钢筋计算也不便。连梁的侧面钢筋与墙水平筋可 以采用分离式。墙竖筋连接位置原则上没有限制,一般位于楼面以上一个搭接长 度,搭接长度等于1.2LAE,并且按50%交错。墙竖筋在屋顶与屋面板搭接,墙 竖筋伸入屋面板一个锚固值。墙梁包括连梁、暗梁和边框梁。现在的设计者对梁概念处于亚清晰状态,亚清晰 是由浅阅读造成的,现代人很难静心潜心和深度研究问题。设计者给梁的代号也 随心所欲,极为混乱,如连梁箍筋设计成加密非加密,岂不知连梁规范要求全加 密,连梁不允许支承梁,即不能作为梁的支座。有的LL梁

9、设计成KL,有的L 梁设计成LL,把AL梁设计成KL,凡此种种,对施工和预算带来困难。我们施 工和预算不能仅根据梁的代号而且根据它的受力特征来判断它究属于那类梁。连 接二片墙的梁是连梁,连梁上下纵向钢筋伸入暗柱和墙的共同体内一个锚固且不 少于600MM。为防止顶层连梁的锚固区的破坏须加设约束箍筋。与墙垂直交的 梁为框架梁或次梁。暗梁纵向钢筋锚入暗柱内与暗柱形成剪力墙内隐形框架。PKPM 合理性判断1.检查原始数据是否有误,特别是是否遗漏荷载; 2.计算简图是否与实际相符,计算程序是否选则正确 3。7 大指标判定: (1).柱及剪力墙轴压比是否满足要求,主要为控制结构延性;见抗规6.3.7 和

10、6.4.6(2) .剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性;见抗规 5.2.5 剪重比也就是地震剪力系数,由抗规(GB50011-2001)对525条的条文说 明知,“对于扭转效应时显或基本周期小于3.5S的结构,剪力系数取0.2amax”, 由此可据抗规 表 5.1.4-1 推算出各地震列度下的剪力系数:9 度为 0.2*0.32=0.064 ,8 度 为 0.2*0.16(0.24)=0.032(0.048) ,7 度 为0.2*0.08(0.12)=0.016(0.024), 6度为0.2*0.04=0.008。在计算时应注意抗规5.2.5 条,对于 6 度区可不要求该剪力

11、系数,可详读该条的条文说明。即6 度区按 0.8% 较好,这样对结构来说是更安全的(类似于最小配筋率的概念)。剪重比主要是考虑基本周期大于 3s 的长周期结构。地震对于此类结构的破坏相 比短周期的结构有更大影响,但规范用的振型分解反应普法无法作出估计;而且 对于此类长周期结构计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小,这可能就 是规范设定最小剪重比的原因。另外不要忘了对竖向不规则结构的薄弱层的水平 剪力应增大1.15倍,即楼层最小剪力系数不小于高规表3.3.13 (即上表)中 相应数值的 1.15 倍。在抗震规范的抗震截面验算的条文说明中,明确指出,剪重比 是一个调整系数,即这不是一个指标,计

12、算结果出来后,若剪重比大于规定的最小 值,计算结果不作调整,若小于,将地震剪力调大,使剪重比达到规定的最小值.类似 框剪结构的0.2Qo,在satwe的结果文件Wmass.out给出这一调整的信息,多看看这 一信息,对剪重比的理解会更深刻.注意剪重比和剪压比是两个截然不同的概念,不可混淆。剪重比是对整个结构体 系一个宏观概念,而剪压比是针对单个构件的一个控制指标(类似于剪跨比)。 一般的转换梁的截面尺寸是由剪压比计算确定,以避免脆性破坏和具有合适的含 箍率.剪压比计算公式:卩v=Vmax/fcbho其中Vmax为转换梁支座截面处最大组合 剪力设计值,fc为转换梁混凝土抗压强度设计值,fc为转换

13、梁的宽度,ho为转换梁 截面的有效高度.关于有没有上限的问题,首先要明白在地震作用下影响建筑水平地震剪力的内在 原因是什么,这个明白了此问题也就有解了这个原因就是结构刚度,结构刚度越 大产生的剪力就越大,有些建筑不满足剪重比要求多是因为建筑过柔的缘故。结 构刚度的大小可参考层间位移比,只要这个比值合适就不用担心建重比太大的问 题层间位移比在框剪结构中,按经验取值为规范的 2倍.根据李国胜编著的一本书, 6 度时可取 7度时相应的 1/2剪重比过大过小都需要检查。过大,说明底部剪力过 大,应检查输入信息,是否填入信息有误,或者剪力墙数量过多,结构太刚。不 论剪力重力比过大过小,都要找出原因,将其

14、控制在适宜的范围内,其计算的位 移,内力,配筋才有义。转剪重比不满足时的调整方法:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地 震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及 以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。2)人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:a)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱 截面,提高刚度;b)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱 截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标;c)当地震剪力偏小而层间侧移角又

15、恰当时,可在SATWE的“调整信息冲的“全 楼地震作用放大系数”中输入大于 1 的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。(3).刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层,见 抗规 3.4.2新抗震规范附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。 新高规的 4.4.3 条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相 邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。新高规的 5.3.7 条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌 固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的 2 倍。新高规的 10.

16、2.6 条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的 侧向刚度,应符合高规附录 D 的规定。FE.0.1 底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构,可近似采用转换层上、下层结 构等效刚度比Y表示转换层上、下层结构刚度的变化,非抗震设计时Y不应大于 3,抗震设计时不应大于 2。FE.0.2 底部为 25 层大空间的部分框支剪力墙结构,其转换层下部框架-剪力墙 结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比Ye 宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。层刚度比的计算方法:F高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度Ki = Gi Ai / hiF高规附录E.0.2建议的方法剪弯刚度Ki = Fi / AiF 抗震规范的 3.4.2 和3.4.3 条文说明中建议的计算方法:Ki = Vi / Aui 层刚度比的控制方法: 新规范要求结构各层之间的刚度比,并根据刚度比对地震

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