剪力墻設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題(一)

1、剪力墻設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題(一)一.剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念1剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其長(zhǎng)度與厚度的比值，當(dāng)比值小于或等于4時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢長(zhǎng)與肢寬之比略大于4或略小于4時(shí)可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。2剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)豎向壓力；在軸力，彎矩，剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作

2、用或風(fēng)載下剪力墻除需滿(mǎn)足剛度強(qiáng)度要求外，還必須滿(mǎn)足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。3實(shí)際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻：整體墻如一般房屋端的山墻、魚(yú)骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開(kāi)洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當(dāng)剪力墻墻肢較長(zhǎng)時(shí)，在力作用下法向應(yīng)力呈線(xiàn)性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱，配筋應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端；為防止剪切破壞，提高延性應(yīng)將底部

3、截面的組合設(shè)計(jì)內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率；為避免斜壓破壞墻肢不能過(guò)小也不宜過(guò)長(zhǎng)，以防止截面應(yīng)力相差過(guò)大。聯(lián)肢墻是由連梁連接起來(lái)的剪力墻，但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多，墻肢單獨(dú)作用顯著，連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn)要注意墻肢軸壓比限值。壁式框架：當(dāng)剪力墻開(kāi)洞過(guò)大時(shí)形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內(nèi)力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn)，墻已類(lèi)似框架的受力特點(diǎn)，因此計(jì)算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。綜上所述，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)根

4、據(jù)各型墻體的特點(diǎn)，不同的受力特征，墻體內(nèi)力分布狀態(tài)并結(jié)合其破壞形態(tài)，合理地考慮設(shè)計(jì)配筋和構(gòu)造措施。4墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗(yàn)算。當(dāng)受較大集中荷載作用時(shí)再增加對(duì)局部受壓承載力驗(yàn)算。在剪力墻承載力計(jì)算中，對(duì)帶翼墻的計(jì)算寬度按以下情況取其小值：即①剪力墻之間的間距；②門(mén)窗洞口之間的翼緣寬度；③墻肢總高度的110；④剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6倍的長(zhǎng)度。5為了

5、保證墻體的穩(wěn)定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規(guī)范要求一、二級(jí)抗震墻時(shí)墻的厚度應(yīng)≥160mm，底部加強(qiáng)區(qū)宜≥200mm，三、四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)應(yīng)≥140mm，豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。以上所述的剪力墻設(shè)計(jì)中的概念問(wèn)題可能絕大部分設(shè)計(jì)人員都懂，但實(shí)際應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中，施工圖紙表達(dá)出來(lái)的東西有時(shí)則存在很大差別，追究原因，許多是與具體的構(gòu)造處理有關(guān)，因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。二.剪力墻的邊緣構(gòu)造1結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明矩

6、形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差；計(jì)算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性；因此在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動(dòng)提高抗剪能力。從89規(guī)范開(kāi)始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻（柱）、轉(zhuǎn)角墻（柱），也就是目前規(guī)范中的約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件的抗震措施。2對(duì)規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門(mén)的設(shè)計(jì)。有人將每一軸線(xiàn)的墻理解為一片墻僅在端墻設(shè)暗160mm，當(dāng)墻端頭無(wú)翼墻

7、或暗柱時(shí)不應(yīng)小于層高的112。以上規(guī)定目的是為防止因墻體平面外剛度過(guò)小，穩(wěn)定性差，容易在偏心荷載作用下壓屈失穩(wěn)，但這些規(guī)定對(duì)于八度地震區(qū)的多層及低高層剪力墻結(jié)構(gòu)顯得不夠合理。例如5~15層的剪力墻結(jié)構(gòu)，一般墻肢在重力荷載代表值作用下軸壓比都小于0.2，電算結(jié)果墻體往往只需要構(gòu)造配筋，但只因底部功能要求3.9m層高，墻厚就得240mm若業(yè)主要求室內(nèi)視野開(kāi)闊，不設(shè)外縱墻，橫墻朝外端頭不允許帶翼墻或端柱時(shí)，當(dāng)層高35~4.2m時(shí)，則墻厚需要3

8、20~350mm顯然不合理。所以像這樣的特殊情況的低多層建筑不應(yīng)要求死扣規(guī)范，而通過(guò)采用概念設(shè)計(jì)分析，控制墻肢軸壓比，進(jìn)行墻體截面條件、強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算并在構(gòu)造上適當(dāng)加強(qiáng)暗柱或配筋，保證其整體性連接等措施，是可以使墻厚減小的。2墻體的配筋率，目前在“砼規(guī)”11.7.11條文強(qiáng)制規(guī)定在一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻中，豎向和水平分布筋的最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%部分框支剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋率不應(yīng)小于0.3%這配筋率比其在80年代前的

9、配筋率).07~0.1%要大多了，和國(guó)外的配筋率0.1~0.25%的高者基本接軌，這在高層或者較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的，但對(duì)于低矮、短小的剪力墻值得探討。墻的水平分布筋是為橫向抗剪以防止墻體在斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪切破壞，同時(shí)起到抵抗溫度應(yīng)力防止砼出現(xiàn)裂縫，設(shè)計(jì)中當(dāng)建筑物較高較長(zhǎng)或框剪結(jié)構(gòu)時(shí)配筋宜適當(dāng)增加，特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當(dāng)增加。但對(duì)于矮、短的房屋，其水平筋的配筋率是否適當(dāng)減小值得探討。墻的豎向鋼筋主要

10、起抗彎作用，目前在一些多層低高層剪力墻中電算結(jié)果多為構(gòu)造配筋；但配筋時(shí)所取的配筋率有人往往扣除了約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件中的鋼筋，筆者認(rèn)為豎向最小配筋率應(yīng)該包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，墻肢的豎向配筋原則也應(yīng)該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區(qū)并保證鋼筋間距≦300mm，也應(yīng)該注意防止豎筋過(guò)多使墻的抗彎強(qiáng)度大于抗剪強(qiáng)度，對(duì)抗震不利。四剪力墻結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問(wèn)題1.混凝土規(guī)范9.1.1條規(guī)定現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫最大間距當(dāng)在室內(nèi)或土中時(shí)為45m，

11、露天時(shí)為30m而現(xiàn)澆框架剪力墻或框架核心筒結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距可取45~55m.規(guī)范的這一規(guī)定顯然與現(xiàn)今建筑的體量越來(lái)越大但功能又要求不設(shè)縫發(fā)生矛盾；因此目前許多工程中的伸縮縫間距都突破了規(guī)范的規(guī)定，也造成了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中遇到超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)的膽量越來(lái)越大。筆者認(rèn)為今后當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)該慎重處理為好，過(guò)長(zhǎng)時(shí)應(yīng)該盡量設(shè)置溫度伸縮縫，宜較嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定的限值，理由如下：①剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，受溫差影響大，混凝土的收縮、徐變產(chǎn)生的變形大，墻體對(duì)

12、樓面、屋面產(chǎn)生的約束也大；當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮變形時(shí)比其他結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫。一些未超長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生墻體或樓面裂縫，其主要原因就在此。②剪力墻結(jié)構(gòu)多用于商品住房和公寓，使用狀況復(fù)雜，一旦私人購(gòu)買(mǎi)的房子出現(xiàn)裂縫，雖然沒(méi)有安全問(wèn)題，但處理起來(lái)問(wèn)題多，難度大，社會(huì)影響大。③混凝土結(jié)構(gòu)受溫度或收縮徐變的影響與眾多因素有關(guān)；而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復(fù)雜，混凝土收縮大，約束應(yīng)力積聚也大，施工工藝及管理也難控制，環(huán)境影響使用變化難于判斷，因此更難于解

13、決混凝土收縮變形時(shí)，在受約束條件下引起拉應(yīng)力而保證不出現(xiàn)裂縫。④目前混凝土的收縮量不斷增大，已由80年代的一般收縮量300με上升到400με以上，因此使混凝土用量大的剪力墻產(chǎn)生裂縫的因素在增大。⑤目前隨著市場(chǎng)形勢(shì)的變化，大部分工程要趕工加班，質(zhì)量難保證，為趕工混凝土中水泥用量普遍增大，使混凝土收縮量增大，加上由于混凝土強(qiáng)度的提高，使彈性模量增加將引起更大的約束拉應(yīng)力產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的因素增多。⑥普遍使用商品混凝土泵送施工，為了泵送