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引言:隨著我國經濟社會的快速發展,城市土地面積變得越來越緊張,住宅類建筑不斷地向高層及超高層發展,這已經成為一種必然的發展趨勢。高層住宅一般多采用剪力墻結構體系,同一建筑平面方案設計,對于不同的結構墻體布置,經濟指標存在著很大的差異,主要顯示的指標是混凝土用量,以及含鋼量的差距比較大。目前我國房地產業的迅猛的發展,使不少房地產開發商要求設計單位,不斷地壓縮工程投資,有些甚至采用限額設計,限制鋼筋使用的數量。由于高層住宅建設面積廣用料量大,如果不注意提高建筑的質量,就會帶來很多的隱患,特別是對于一些地震區的建筑施工,更需要謹慎和小心[1]。作為一名結構設計工作者,如何執行好國家對于剪力墻要求的設計規范,在保證結構安全的前提下,使得建筑結構設計更加經濟合理,是一直值得詳細思考的重要問題,所以對于剪力墻結構進行研究和探討,將十分有利于建筑施工,為不斷提升高質量的建筑,是一門必不可少的課題。
1 剪力墻的概念和結構效能
圖1,設置墻片在水平力作用下的墻片
1.1 剪力墻的概念
剪力墻,可以定義為剛度較大,一般可以作為鋼筋混凝土的墻片,可以包括(如圖1,設置墻片和在水平力作用下的墻片),這種墻片能夠在水平力的作用下抗彎慣性大,抗側剛度比框架柱有很大的提高,抗剪強度也增大得多。這種墻能夠為房屋承擔很大的抗剪強度和抗剪剛度,所以稱為剪力墻[2]。對于建筑物的豎向方向的承重構件,一般主要是由墻體來承擔,這種墻體既能夠承擔起水平構件方向傳來的豎向荷載,又要承擔起風力,以及由于地震作用傳來的力。所以剪力墻也可以定義為“抗震墻”或者“抗剪墻”。
1.2 剪力墻的結構效能
剪力墻作為建筑物的分隔墻,以及圍護墻,因此對于墻體的設計,需要滿足建筑平面設計和結構設計這兩個要求。對于剪力墻的結構體系,需要有很好的承載能力,還要有一定的整體性和空間性作用,這樣才會有使比框架結構,更好的承受抗側力能力。只有這樣的結構設計,才會建造施工較高的建筑物。
1.3 剪力墻的結構的優缺點
采取剪力墻結構進行建筑的優點,是側向剛度比較大,對于水平方向荷載作用下側移較??;采取剪力墻結構進行建筑的缺點,是對于剪力墻的間距,存在著一定的限制,使得建筑平面的設計不靈活,不適合大空間的公共建筑,另外由于剪力墻結構本身的自重也較大,由于靈活性差,一般只能適用于住宅、公寓、旅館等場所[3]。采用剪力墻結構施工的建筑,一般的樓蓋結構都采用平板設計,所以可以不設梁,這樣可以使空間得到充分利用,還可以節約樓層的層高,使工程造價得到有效的降低。
2 對于剪力墻結構設計的探討
2.1 框架與剪力墻結構設計體系
這種剪力墻結構設計體系,是一種由框架與剪力墻相互組合而成的結構體系,適用于需要有局部大空間的建筑,這在局部大空間采用框架結構,還可以用剪力墻的結構,來提高建筑物的抗側能力,從而更優質地滿足高層建筑的要求[4]。
2.2 普通剪力墻結構設計體系
這種普通剪力墻結構設計,就是一種完全由剪力墻組成的結構體系。
2.3 框支剪力墻結構設計體系
這種框支剪力墻結構設計體系,是一種當剪力墻結構的底部,需要在施工中有大的空間,當剪力墻在建造過程中無法實現全部落地時,就需要采用這種以底部框支剪力墻結構設計作輔助,幫助剪力墻實現落地功能[5]。
3 對于剪力墻合理結構設計方案的思考
對于層數低于20層以下的高層住宅,可以相對應地采用短肢剪力墻結構設計體系。對于20層以下的高層住宅,采用傳統的剪力墻的現澆結構,墻體的配筋為構造配筋,墻體承載能力沒有得到充分的發揮,工程費用比較偏高[6]。這種結構設計方案,可以采用一種通過改進實現的短肢剪力墻結構,具體做法就是有效地利用,建筑平面中部的抗側剛度很大的電梯間,將這做為一個抵抗水平力的核心,這個核心是由很多片剪力墻組成,是可以用來抵抗由風荷載和地震引起的水平力。在一般情況下,不能將這部分剪力墻,做成短肢剪力墻,需要在剪力墻的長度超過8m時,在其中間開一個結構洞,使這面剪力墻成為一面雙肢剪力墻[7]。除剪力墻的核心區之外的各片剪力墻,需要看這些墻片所處的位置不同,將其從多個角度分割成若干個“L”型、“一”型“T”型字短肢剪力墻,對于建筑平面上,這些短肢剪力墻,需要承擔結構的豎向荷載,使各墻肢之間可以由連梁連接,形成一種協同合作的關系,使剪力墻結構設計方案更加趨于合理,從而使整個結構設計形成一個完善的抗震體系。短肢剪力墻體系,是由全剪力墻體系組成,通過開設結構洞形成,從受力性能上分析,一般屬于大開口剪力墻,保持著較好的抗震性能[8]。因此,要想尋找出更為合理的剪力墻合理結構設計方案,只有不斷地通過實踐進行思考,才會尋找到最佳的方案。解決建筑施工過程中所存在的實際問題。
總之,對于剪力墻結構設計,在這里只能做初步的思索和探討,可以通過對高層建筑剪力墻結構的理解,進一步地按照設計標準要求,來滿足建筑規范中所要求的各項技術指標,不斷地尋找出更為優化的剪力墻結構設計方案,進行設計加工,從而達到提升建筑工程質量的目的。
參考文獻
[1]趙偉光.關于剪力墻結構的設計[J].廣西質量監督導報,2008,(07):7-7
[2]黎燕凌.高層建筑短肢剪力墻設計分析[J].科技風,2010,(18):12-13
[3]欒冬梅.高層短肢剪力墻結構設計[J].黑龍江科技信息,2009,(02):17-18
[4]王歡慶.淺議高層短肢剪力墻結構設計[J].黑龍江科技信息,2011,(20):4-5
[5]劉娟.住宅建筑中短肢剪力墻的結構設計問題分析[J].廣東科技,2008,(12):6-8
現澆鋼筋混凝土剪力墻結構適用于住宅、公寓、飯店、醫院病房樓等平面墻體布置較多的建筑。由于沒有梁、柱等外露與凸出,剪力墻結構便于房間內部布置,填充墻的布置大大減少,鋼筋混凝土墻整體施工,有利于縮短工期。剪力墻,顧名思義,抗風墻。剪力墻可以認為長寬比很大的柱,由于剪力墻截面很長,相對受壓區高度高,構件有很大的延性。所以在抗震性能和使用性能的雙重要求下,剪力墻結構得到廣泛使用。
剪力墻按抗震性能分類
一般剪力墻,是指各肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻結構。此類剪力墻一般只會出現大偏心受壓,配筋基本上按構造配筋,破壞屬于延性破壞。
短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm,各墻肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。此類剪力墻,易出現小偏心受壓,配筋也易出現計算配筋,延性較低。
具有較多短肢剪力墻的剪力墻的結構,是指在規定的水平地震力作用下,短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不小于結構底部總傾覆力矩的30%的剪力墻結構。
剪力墻的受力模型
剪力墻在水平均布荷載作用下可以簡化為懸臂梁受力。以一根高度為H的懸臂梁受到均布荷載q為例,底部剪力、底部彎矩和頂部位移分別為:
(均布荷載)
V——底部截面剪力;——剪力不均勻系數
剪力墻的布置
剪力墻是為抵抗變形而設置的,因此剪力墻的布置首先滿足結構的位移比要求。高層建筑位移要求詳見高規表3.7.3
由于剪力墻的水平剪力是按等效抗彎剛度進行分配,剪力墻的水平布置要均勻、對稱、周邊,要避免水平凹凸不規則。剪力墻亦設置成雙向抗側力系,兩個方向的剛度不宜相差過大,盡量使剛心和質心重合。剪力墻宜布置成T型、L型、型等帶有有效翼緣的構件形式,避免一字墻,特別是一字型短墻。
剪力墻的豎向布置要規則、均勻,避免大的外挑和收進。上下布置要連續,貫穿全高,避免剛度突變,洞口宜成列布置,形成明確的聯肢墻。上下洞口錯洞布置時,要設置暗框架梁柱體系。
在水平荷載作用下,剪力墻的破壞形式和剪跨比有關,各墻段的高厚比3時,剪力墻以彎曲變形為主,延性較好。因此剪力墻各個墻段的墻長不宜大于8m,各墻段的長寬比不宜小于3.
剪力墻的特點是平面內剛度及承載力大,而平面外剛度及承載力很小。當有水平構件與剪力墻平面外連接時,為控制剪力墻平面外彎矩,可按高規7.1.6條采取加強措施。
剪力墻的截面及軸壓比限值
剪力墻的厚度與框架柱截面一樣,與軸壓比有關,與框架柱不同的是剪力墻厚度一般較小,因此在壓力作用下,還應保證其穩定性。抗規6.4.2條要求剪力墻軸壓比不超過下表限值
短肢剪力墻要求更嚴,詳見高規7.2.2條
剪力墻的最小厚度
關于底部加強部位:加強剪力墻底部的抗剪能力,實現強剪弱彎的目的。
連梁的概念與布置
弱連梁:連梁跨高比5時,連梁以彎曲變形為主,剪切變形不計。這種連梁由于線剛度較小,對剪力墻的約束較弱,在水平荷載作用下對結構的側向剛度影響較小。因此認為這種梁主要承擔豎向荷載,高規7.1.3條弱連梁按框架梁設計。
強連梁:連梁的跨高比2.5,此種連梁以剪切變形為主,彎曲變形忽略不計。這種連梁對剪力墻約束很強,主要承擔水平荷載,豎向荷載作用下彎矩非常小。
在PKPM—SATWE計算模型中:對于弱連梁,采用梁的輸入方式;對于強連梁按剪力墻開洞形成連梁;對于52.5的連梁,兩種方式均可。值得注意的是,按這兩種方式建模剛度有很大差別。按連梁設計,剛度進行折減,折減系數一般取0.50.7。按框架梁設計,考慮現澆板翼緣作用,剛度進行放大,放大系數一般取1.32.0。
結束語
綜上所述,剪力墻結構設計中,一些概念是很重要的。本文從概念設計上整體論述了剪力墻結構設計的內容,因為是淺議,還有很多內容沒有展開。要想做好剪力墻結構設計,還需要設計者們不斷學習。通過本文想達到的目的就是,做結構設計一定要把握重概念、輕精度的主線。
參考文獻
高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2010).北京:中國建筑工業出版社,2010.
中圖分類號: S611文獻標識碼:A 文章編號:
一、剪力墻的基本概念
近年來我國鋼產量連年居世界第一,混凝土使用量亦居世界第一,這都為后來高層建筑的發展創造了良好的物質條件。我國內地高層建筑中,高層住宅(12-30層)占主體,約占全部高層建筑的80%,目前國內的高層住宅建筑大多是鋼筋混凝土結構,結構體系分框架、剪力墻、框架--剪力墻三大結構體系??蚣芙Y構的優點是:建筑平面布置靈活,分隔方便;整體性、抗震性能好,設計合理時結構具有較好的塑性變形能力;外墻采用輕質填充材料時,結構自重小。但框架結構的缺點是剛度較小。橫向荷載作用下的側向變形大,正是這一點限制了框架結構的建造高度。剪力墻結構的優點是:整體性好、剛度大,抵抗側向變形能力強;抗震性能較好,設計合理時結構具有較好的塑性變形能力。因而剪力墻結構適宜的建造高度比框架結構要高。剪力墻結構的缺點是:受樓板跨度的限制一般為3—8m,剪力墻間距不能太大,建筑平面布置不夠靈活,難以應用于公共建筑??蚣?-剪力墻結構中,剪力墻剛度大,承擔大部分的水平力,是抗側力的主體,整個結構的剛度大大提高;框架則承擔豎向荷載,提供了較大的使用空間,同時也承擔少部分水平力。隨著高層建筑的發展,新的結構體系不斷出現,除框架、剪力墻、框架--剪力墻三大結構體系外、還有簡體、框架--筒體、剪力墻--筒體、筒中筒、巨型框架結構體系和懸掛結構體系等。
二、剪力墻設計的原則
對剪力墻的設計要做到安全、經濟合理,所以在設計的過程中除了對位移限制值的要求外,還要充分發揮框剪結構中各抗側力構件的作用。在剪力墻數量的設計的時候,位移限制值要滿足規范的規定,應盡量減少剪力墻數量,但應滿足在基本振犁地震作用下,剪力墻部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的一半。
1、樓層最小剪力系數的調整原則
在設計時候要盡量減少剪力墻的布置,最好設計為大開間剪力墻布置方案,來達到比較理想的側向剛度結構,樓層的最小剪力系數接近規范的極限值,但是這要滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40%。這樣在減輕結構自重的時候降低地震作用帶來的危害而且造價方面可以減少。
2、樓層層間最大位移與層高之比的調整原則
規范規定最大的彈性層問位移在多遇地震作用標準值產生的樓層計算的時候,可以不除去結構整體彎曲變形,應計入扭轉變形在以彎曲變形為主的高層建筑中。由此可以看出,樓層間的扭轉和剪切變形對于一般的高層建筑是重點考慮的方面。豎向構件的多少決定著剪切變形的控制,但是即使構件的數量足夠多但是布置不合理,扭轉變形就會過大,仍然達不到層間位移的要求。所以,高層建筑能僅僅根據層間位移不夠不加分析地增加豎向構件的剛度,而應盡可能使扭轉變形最小。
3、剪力墻連梁超限的調整原則
剪力墻的連續梁的跨高比小于2.5可能會出現彎矩和剪力超過規范的極限規定,所以其跨高比一般不小于2.5。規范規定連續梁不應折減,在跨高比不超過5的時候。在跨高比在5到的時候,連續梁剛度也必須折減,否則可能導致彎矩和剪力超過極限值。這點如果能在具體工程設計的時候能有效利用,工程造價會降低很多。
三、剪力墻結構的厚度和配筋問題
1)根據抗震規范6.1.2條規定,8度地震區剪力墻結構的抗震等級至少應為二級:按6.4.1條要求剪力墻底部加強部位墻厚一、二級抗震等級時≥200mm,且≥層高的1/16,其他部位≥160ram,當墻端頭無翼墻或暗柱時≥層高的1/12。以上規定目的是為防止因墻體平面外剛度過小,穩定性差,容易在偏心荷載作用下壓屈失穩,但這些規定對于8度地震區的多層及低高層剪力墻結構顯得不夠合理。2)墻體的配筋率。目前在11.7.1l條文強制規定在一、二、三級抗震等級的剪力墻中,豎向和水平分布筋的最小配筋率均≥0.25%;部分框支剪力墻底部加強部位的配筋率≥0.3%;這配筋率比其在20世紀80年代前的配筋率0.07%~0.1%要大多了,和國外的配筋率0.1%—0.25%的高者基本接軌,這在高層或者較長的剪力墻結構中應該是合理的,但對于低矮、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后發生脆性剪切破壞,同時起到抵抗溫度應力防止砼出現裂縫,設計中當建筑物較高、較長或框剪結構時配筋宜適當增加,特別在連梁部位或溫度、剛度變化等敏感部位宜適當增加。但對于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否適當減小值得探討。墻的豎向鋼筋主要起抗彎作用,目前在一些多層、低高層剪力墻中電算結果多為構造配筋,但配筋時所取的配筋率往往扣除了約束邊緣構件或構造邊緣構件中的鋼筋,筆者認為豎向最小配筋率應包括邊緣構件中的鋼筋,墻肢的豎向配筋原則也應該盡量將鋼筋布置在墻端部邊緣區并保證鋼筋間距≤300mm,也應該注意防止豎筋過多使墻的抗彎強度大于抗剪強度,對抗震不利。
四、剪力墻結構的超長問題
《混凝土規范》9.1.1條中規定現澆混凝土剪力墻結構的溫度伸縮縫最大間距:當在室內或土中時為45m,露天時為30m;而現澆框架剪力墻或框架核心筒結構的伸縮縫間距可取45—55m。規范的這一規定顯然與現今建筑的體量越來越大但功能又要求不設伸縮縫發生矛盾;因此目前許多工程中的伸縮縫間距都突破了規范的規定,筆者認為今后當剪力墻結構超長時,應該慎重處理為好,過長時應該盡量設置溫度伸縮縫,宜較嚴格遵守規范規定的限值,理由如下:
1)剪力墻結構剛度大,受溫差影響大,混凝土的收縮產生的變形大,墻體對樓面、屋面產生的約束也大;當結構發生收縮變形時比其他結構易出現裂縫。一些未超長的剪力墻結構產生墻體或樓面裂縫,其主要原因就在此。
2)剪力墻結構多用于商品住房和公寓,使用狀況復雜,一旦私人購買的房子出現裂縫,雖然沒有安全問題,但處理起來問題多、難度大、社會影響大。
3)混凝土結構受溫度或收縮形變的影響與眾多因素有關;而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復雜,混凝土收縮大,約束應力積聚也大,施工工藝及管理也難控制,環境影響使用變化難于判斷,因此更難于解決混凝土收縮變形時,在受約束條件下引起拉應力而保證不出現裂縫。
4)目前混凝土中水泥用量普遍增大,加上由于混凝土強度的提高,使彈性模量增加將引起更大的約束拉應力產生,使結構出現裂縫的因素增多。
5)普遍使用商品混凝土泵送施工,為了泵送,增大水泥用量,減少了中粗骨料含量和骨料粒徑,加上泵送混凝土配合比和施工送料時的不良因素影響等都加大了結構收縮量,增加產生裂縫的因素。
結束語
隨著社會的發展和人們生活水平的提高,城市的高樓化趨勢不可動搖,高層建筑將會快速發展,所以剪力墻結構會得到更多的運用。剪力墻的抗震性好,造價相對低廉這就給剪力墻結構的發展提供了更好的準備。設計人員在對剪力墻的設計的時候要從各方面對其進行優化設計,提高其方案水平,在滿足各方面的要求的時候使建筑物更加安全可靠。
參考文獻:
引言
剪力墻是鋼筋混凝土多高層建筑中不可缺少的基本構件,由于它是截面高度達而厚度相對很小的“片”狀構件,雖然它有承載力大和平面內剛度大等優點,但也具有剪切變形相對較大、平面外較薄弱的不利性能;此外開洞后的剪力墻形式變化多,受力狀況比較復雜,因而了解剪力墻的特性,發揮其所長,克服其所短,是正確設計剪力墻的關鍵。
1、剪力墻的合理布置
剪力墻結構應雙向布置,抗震設計時雙方向的抗側剛度宜接近,避免懸殊。衡量雙方向抗側剛度是否接近可檢查電算結果中兩個方向的第一振型的周期和樓層層間最大位移與層高之比u/h是否接近。
在框架結構中適當的布置剪力墻可彌補框架抗側剛度不足,扭轉剛度不足的缺點。算例1中,有一10層的框剪結構,由于業主的要求往往要求設置砼電梯筒,砼筒體偏置導致結構第一周期為扭轉,這時只需在合適的地方布置剪力墻就能實現結構扭轉剛度的增大。以下用四種方式布剪力墻來說明這一點。前兩種為縱向布墻見圖1.1,發現Y向剛度調整過度,扭轉仍為第一周期。后兩種為橫向布墻見圖1.2,剛心與質心的坐標已較為接近,第一周期為平動。具體模型結果參數比較詳見表1.1圖1.3,框架及框剪結構中,由于剪力墻的數量較少,通過改變剪力墻的數量可使結構剛心的位置產生明顯的變化,但是在剪力墻結構中,墻體的數量已經很多,增加或減少墻體已經很困難了,則可以通過改變墻體的厚度或開洞的大小來實現剛心位置和質心位置的盡量靠近。
因建筑功能要求剪力墻偏置的結構,應通過剪力墻墻厚的變化、洞口的設置等措施,確保結構剛度中心與質量中心基本重合,以減小結構的扭轉。在另一方向遠離樓層剛心處設置足夠數量的剪力墻,也可有效的限制一方向抗側力構件偏置引起的結構扭轉。
α——整體性系數;I——剪力墻對組合截面形心的慣性矩; ——扣除墻肢慣性矩后的剪力墻慣性矩; ——第j列連梁的折算慣性矩; ——第j列連梁的截面慣性矩。 ——梁截面形狀系數,矩形截面時 =1.2; ——第j墻肢的慣性矩;m——洞口列數;h——層高; ——第j列洞口兩側墻肢形心間距離;H——剪力墻總高度; ——第j列洞口連梁計算跨度,取洞口寬度加連梁高度的一半; ——系數,
當3~4個墻肢時取0.8;5~7個墻肢時取0.85;8個以上墻肢時取0.9。彈性階段,剪力墻的性能與整體系數α有關。整體系數為連梁剛度與墻肢剛度的比值。彈性分析表明:連梁剛度小、α≤1時,連梁對墻肢的約束彎矩很小,可以忽略連梁對墻肢的約束,把連梁看成是鉸接連桿,只傳遞水平力,墻肢各自承擔水平力,剪力墻的剛度、承載力為各墻肢剛度、承載力之和;連梁剛度大、α≥10時,連梁對墻肢的約束大,在水平力作用下,剪力墻的截面應力分布接近直線,剪力墻接近整體墻,剪力墻的剛度,承載力大;1≤α≤10時,為聯肢剪力墻,工程中的剪力墻大部分為聯肢剪力墻;剪力墻洞口加寬,墻肢截面長度減小,而連梁與墻肢的剛度比增大,α>>10時,剪力墻逐步變化為框架兩端與剪力墻在平面內相連的梁為連梁。如果連梁以水平荷載作用下產生的彎矩和剪力為主,豎向荷載下的彎矩對連梁的影響不大(兩端彎矩仍然反號),那么該連梁對剪切變形十分敏感,容易出現剪切裂縫,則應按規范有關連梁設計的規定進行設計,一般是跨度較小的連梁;反之,則宜按框架梁進行設計,其抗震等級與所連接的剪力墻的抗震等級相同。
對于剪力墻連梁應根據連梁的強弱采用不同的計算模型,當為較強連梁(連梁的凈跨度ln與連梁截面高度h的比值ln/h5)時采用梁元模型計算。這樣更接近于真實情況。
高層建筑結構在水平力作用下幾乎都會產生扭轉,最大的位移角一般在結構單元的盡端處,所以提高結構本身的抗扭剛度,對滿足規范對位移角的限值有重大的意義。加大剛度的措施有:盡量在邊緣位置布置剪力墻;將周邊剪力墻加厚或加長;利用窗臺空間將框架梁或弱連梁加高變成強連梁等當梁的一端(或兩端)與剪力墻相連,且梁跨高比小于5的非懸臂梁稱為連梁??拐鹪O計的連梁由于其跨高比小,剛度大,常作為主要的抗震耗能構件,在地震作用下(有時甚至在多遇地震作用下)連梁產生很大的塑性變形,剛度退化嚴重,而連梁的剛度退化加大了剪力墻的負擔,因此,在結構分析中應適當考慮連梁剛度過早退化的工作特點,加大墻肢的設計內力,對連梁的剛度折減是考慮連梁梁端出現的塑性變形,但不是連梁的失效。
剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構,其變形特點是彎曲型變形,目前有些項目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯系的剪力墻形成的結構體系,這樣的結構雖然剪力墻較多,但受力和變形特性接近框架結構,當層數較多時對抗震是不利的,宜避免。
3、實例分析:
某住宅33層,層高2.9米,主要屋面標高95.650,帶一層地下車庫,采用鋼筋混凝土剪力墻結構。平面長約43米,寬約16.65米。建筑功能布置詳見圖3.1,北面中部集中設置了一部樓梯和四個電梯筒,是剪力墻布置比較集中的地方。南面由于設置了陽臺,布置了大量的門連窗,需要剪力墻開大洞,因此形成了許多小墻肢。初算之后,結構的剛心質心偏離較大,結構的第二周期為扭轉。設計總體思路削弱北面的墻,加強南面的墻,加厚東西兩側山墻,盡量使剛心質心靠近。方案一:為避免北面小墻肢C,將墻肢C取消,開大洞口。北面由于墻體比較集中,將A墻肢取消。同時將南面墻厚及東西山墻加厚至300且延伸高度至26層。計算后周期較好,第二周期平動系數0.76,Y向風載位移1/1017,接近規范限值。詳見圖3.2,但筆者認為該方案,多處開大洞,連梁跨高比均大于5,形成框架梁。在地震作用下,連梁失去耗能意義,對抗震不利。方案二:根據“弱化中間,加強周邊”的原則,將AC處墻肢補上,開小洞,減少洞口寬度,形成ln/h
4、結論
剪力墻結構布置原則首先結合建筑功能布局將剪力墻均勻布置于平面,使剛心坐標與質心坐標盡量靠近;其次根據“弱化中間,加強周邊”原則,加強周邊剪力墻,特別是離結構剛心最遠的剪力墻剛度以加大結構的抗扭剛度;然后根據位移等參數對墻體開必要的結構洞口,但是不宜形成過多的框架梁,保證結構的耗能特性。以上原則不分先后,也可同時進行。依據這些原則使結構設計變得有目的性和有規律可循。
參考文獻:
[1]高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2010)Techinical specification for concrete structures of tall building
[2]建筑結構設計問答及分析/朱炳寅編著?!本褐袊ㄖI出版社,2009 questions and analysis of building structure design—beijing: China Architecture & Building Press ,2009.
從2005年12月份,我參與了深圳寶安綠海名居的結構設計,綠海名居位于寶安西鄉,是個面積超過十萬平方米商住小區,最高23層。主要為剪力墻結構或框支剪力墻結構。以下是我對剪力墻結構設計做的一些總結:
A級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
全部落地剪力墻――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時,分別為150、140、120、100、60m
部分框支剪力墻――非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為130、120、100、80m,9度抗震時不宜采用
A級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
6度、7度、8度抗震時,將本地區設防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用
9度抗震時,應專門研究
(說明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度)
B級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
全部落地剪力墻――非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為180、170、150、130m
部分框支剪力墻――非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為150、140、120、100m
B級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
6度、7度抗震時,按本地區設防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用
8度抗震時,應專門研究
結構的最大高寬比:
A級高度――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時,分別為6、6、6、5、4
B級高度――非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為8、7、7、6
質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構,應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響;
其他情況,應計算單向水平地震作用的扭轉影響
考慮非承重墻的剛度影響,結構自振周期折減系數取值0.9~1.0
平面規則檢查,需滿足:
扭轉:A級高度不宜大于該樓層平均值的1.2倍,不應大于該樓層平均值的1.5倍
B級高度、混合結構高層、復雜高層不宜大于該樓層平均值的1.2倍,不應大于該樓層平均值的1.4倍
樓板:有效樓板寬≥該層樓板典型寬度的50%
開洞面積≤該層樓面面積的30%
無較大的樓層錯層
凹凸:平面凹進的一側尺寸≤相應投影方向總尺寸的30%
豎向規則檢查,需滿足:
側向剛度:
除頂層外,局部收進的水平向尺寸≤相鄰下一層的25%
樓層承載力:
A級高度――抗側力結構的層間受剪承載力(宜)≥相鄰上一層的80%
薄弱層抗側力結構的受剪承載力(應)≥相鄰上一層的65%
B級高度――抗側力結構的層間受剪承載力(應)≥相鄰上一層的75%
(說明:樓層層間抗側力結構受剪承載力指在所考慮的水平地震作用方向,該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和)
豎向連續:
豎向抗側力構件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內力不得由水平轉換構件(梁等)向下傳遞
水平位移驗算:
多遇地震作用下的最大層間位移角(高規表4.6.3)
罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角≤1/120
舒適度要求:
高度超過150m的高層建筑,按10年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點的最大加速度限值為:住宅、公寓0.15m/s2,辦公、旅館0.25m/s2
伸縮縫
1.最大間距:現澆45m,裝配65m
2.可適當放寬最大間距的條件:
①頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率
②頂層加強保溫隔熱措施,外墻設置外保溫層
③每隔30~40m留出后澆帶,帶寬800~1000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶砼兩個月之后澆灌
④頂部樓層改用剛度較小的結構形式,或頂部設局部溫度縫,將結構劃分為長度較短的區段
⑤采用收縮較小的水泥,減少水泥用量,砼中加入適宜的外加劑
⑥提高每層樓板的構造配筋率,或采用部分預應力混凝土
防震縫
1.最小寬度:按框架結構的50%取用,但不宜小于70mm.
框架結構防震縫最小寬度規定為:高度≤15m的部分,70mm;超過15m的部分,6度、7度、8度、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m,縫寬加寬20mm
2.縫兩側結構體系不同時,按不利情況確定
縫兩側房屋高度不同時,按較低房屋高度確定
3.縫沿房屋全高設置,地下室和基礎可不設,但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接
4.相鄰結構基礎存在較大沉降差時,宜加寬防震縫
墻體布置
宜雙向布置,尤其是抗震時應避免單向布置
門窗洞口宜上下對齊,成列布置。底部加強部位不宜采用錯洞墻,且所有部位不宜采用疊合錯洞墻
墻肢長度不宜超過8m,且墻段總高與墻肢高度之比應大于2.當墻肢較長時宜開設洞口,各墻段間設置弱連梁
應避免樓面梁垂直支承在無翼墻的剪力墻的端部(《審查要點》3.6.3/6)
當墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時,應至少采取以下一種措施:
一般剪力墻的底部加強部位高度的取值:
(說明:當有地下室時,墻肢總高度應從地上一層(首層)算起,但底部加強部位應額外加上地下室的高度)
截面設計
構件截面長邊與短邊之比大于4時,宜按墻的要求進行設計(《砼規》10.5.1)
矩形截面獨立墻肢的長度與厚度之比不宜小于5
當其比值小于5時――其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值,當一、二級抗震時,應較正常墻肢的相應值減0.1,三級時不宜大于0.6
當其比值不大于3時――宜按框架柱進行設計,但縱向鋼筋的最小配筋率不變,且箍筋宜沿全高加密
雙肢剪力墻的抗震設計中,墻肢不宜出現小偏拉,當任一墻肢出現大偏拉時,兩墻肢均應將彎矩設計值和剪力設計值乘以1.25的增大系數
(說明:剪力墻墻肢不同受力狀態的延性優劣――小偏拉
剪力墻截面設計的內容:平面內的斜截面受剪、偏壓或偏拉、平面外軸心受壓
在集中荷載作用下,墻內宜設置暗柱,并注明暗柱縱筋的連接方式,無暗柱時應進行局部受壓承載力驗算
一級抗震時,墻體的水平施工縫處宜進行抗滑移驗算
截面厚度
一、二級抗震時,底部加強部位≥(內容參見高規)
其他部位≥
(《砼規》11.7.9/1)補充:當墻端無端柱或翼墻時,≥層高的1/12
三、四級抗震時,底部加強部位≥
其他部位≥
非抗震時,≥
當不能滿足上述要求時,應進行墻體的穩定計算(高規附錄D)
剪力墻井筒中,分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當減小,但不宜小于160mm.
截面尺寸還應符合受剪要求
剪力墻的厚度不宜小于樓層高度的1/25(《砼規》10.5.2)
軸壓比限值
一般剪力墻底部加強部位――二級抗震0.6、一級(7、8度)抗震0.5、一級(9度)抗震0.4
參考文獻:
Abstract: due to the reinforced concrete shear wall structure has arranged flexibly, inside the room no dew beam, Lou column, can bring to the building of the advantages of large flexible space, in recent years, more and more many, high-rise residential the shear wall structure. This paper, focusing on the shear wall structure design of related problems are analyzed, and the key of shear wall structure layout, shear wall to wall thickness, shear wall in the limbs of coupling beam design is discussed in this paper.
Key words: the shear wall structure, structure design
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
引言
剪力墻結構由于其抗側剛度大、側移小和抗震性能好等優點,集承重、抗風、抗震、圍護與分隔為一體,經濟合理地利用了結構材料,鋼筋用量較省,節約投資等系列優點而廣泛應用于現代建筑結構設計中,尤其是多、高層建筑。但在工程實際應用中,建筑空間由于受剪力墻最大間距限制,建筑平面及使用空間往往受到局限。而且在設計中,對剪力墻位置的具體布置、截面形狀和尺寸等是否合理,相關的規范沒有明確的規定,通常是由結構工程師根據概念和經驗來設計的。因此,在剪力墻結構設計中許多問題值得探討。本文就剪力墻結構設計做一些簡單分析,拋磚引玉。
1.剪力墻結構的基本含義與分類
剪力墻結構是由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結構。剪力墻的結構類型有以下幾種:框架--剪力墻結構,剪力墻結構,部分框支剪力墻結構,框架--核心筒結構,筒中筒結構,板柱--剪力墻結構。剪力墻結構按照開洞大小,可以分為整體墻、小開口整體墻、聯肢剪力墻以及壁式框架。
2剪力墻的結構布置
剪力墻的布置除應符合國家規范、規程中有關規定外,在本文中進一步對剪力墻的布置提出了一些要求,其中關于框架剪力墻和梁、墻布置等都屬于本文著重闡述的內容。
2.1結構平面布置
高層結構應具有良好的空間工作性能,剪力墻結構應設計成雙向抗側力體系,形成空間整體結構。結構兩主軸方向均應布置剪力墻,并宜使兩個方向的抗側剛度接近,剛度中心與結構質量中心接近,避免產生扭轉效應。嚴禁單向布置剪力墻。當某個方向由于條件限制而數量偏小時,在垂直方向的剪力墻上布置沿該方向的一定數量的翼緣,使與梁形成框架效應,可明顯增加該向的抗側剛度。
2.2豎向剛度均勻
剪力墻布置對結構的抗側剛度有很大影響,剪力墻沿高度不連續,將造成結構沿高度剛度突變,對抗震非常不利,所以應要求剪力墻自上到下連續布置,上應到頂,下應到底。為減輕結構自重和減少側向剛度,允許沿高度均勻連續改變墻厚和混凝土強度等級,每次墻厚減少宜為50㎜~~100㎜,混凝土強度等級減少宜為5Mpa,以避免剛度突變。厚度改變和混凝土強度等級的改變宜錯開樓層。
2.3墻肢高寬比
剪力墻應設計成受彎曲破壞的延性結構,避免剪切脆性破壞及滑移破壞。剪力墻的高寬應比不應小于2。當墻的長度很長時,為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求,可通過開設洞口等措施,將長墻分成長度較小、較均勻的獨立墻段,每個獨立墻段可以是整體墻,也可以是聯肢墻。
2.4剪力墻洞口的布置
剪力墻洞口的布置,會極大地影響剪力墻的力學性能。因此,布置剪力墻洞口時應滿足以下3方面要求。
(1)規則開洞,洞口成列、成排布置,能形成明確的墻肢和連梁,應力分布比較規則,又與當前普遍應用程序的計算簡圖較為符合,設計結果安全可靠。同時宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置;
(2)對于錯洞剪力墻和疊合錯洞墻,二者都是不規則開洞的剪力墻,其應力分布復雜,容易造成剪力墻的薄弱部位,常規計算通常無法獲得其實際內力,構造也比較復雜。其主要特點是洞口錯開距離很小,甚至疊合,不僅墻肢不規則,洞口之間會形成薄弱部位,疊合錯洞墻比錯洞口墻更為不利,設計時應盡量避免。當確實無法避免疊合錯洞布置時,應按有限元方法仔細計算分析并在洞口周邊采取加強措施或采用其他輕質材料填充將疊合洞口轉化為規則洞口的剪力墻或框架結構;
(3)具有不規則洞口剪力墻的內力和位移計算應符合規程的有關規定。目前使用的計算軟件,除了平面有限元方法外,尚沒有更好的簡化方法計算。對結構整體計算中采用了桿系、薄壁桿系模型或對洞口作了簡化處理的其他有限元模型時,應對不規則開洞墻的計算結果進行分析、判斷,必要時應進行補充計算和校核。
3.墻肢厚度的選取
高層建筑混凝土結構技術規程規定了剪力墻的最小厚度,其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩定性能。對于住宅建筑,層高一般為2.8m—3.0m,填充墻厚一般為200mm,相應剪力墻厚也取為200mm。除底層加強區的一字形獨立剪力墻外,均能滿足規范要求。對于無地下室的高層住宅,因其基礎埋深一般在2.5m以上,則底層墻體高度會到5.0m以上,若按層高的1/16確定墻厚,將超過300mm,大于填充墻厚度。為避免出現此種情況,在布置剪力墻時,應結合建筑平面,盡量不用一字形剪力墻,而采用L、T、Z、十字形等截面形式,且使翼緣長度大于其厚度的3倍,這樣一方面墻體抗震性能更好,另一方面墻厚也可取為剪力墻無肢長度的1/16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于3.0m,故厚度采用200mm滿足構造要求。
4.連梁的設計
連梁是指剪力墻結構中墻肢與墻肢間的梁,當墻肢在水平荷載作用下彎曲變形在連梁端部產生轉角時,連梁端部內力會阻止與之相連的墻肢的內力和變形從而改變墻肢受力狀態,因此連梁的設計對剪力墻結構尤為重要。
剪力墻結構在水平力作用下的破壞分為脆性破壞和延性破壞,由于墻肢抗剪能力不夠而發生剪切破壞屬于脆性破壞,該種現象可以在設計中對連梁的設計來避免。若在荷載作用下連梁發生破壞則會導致連肢墻喪失連梁對墻肢的約束作用,當沿剪力墻高所用連梁均發生剪切破壞時,連肢墻的各墻肢將被分割為單片墻,導致結構側向剛度大大降低,墻肢彎矩增大,因此,規范規定連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設計值的調整系數即為了防止連梁早于彎曲破壞而發生剪切破壞;在破壞過程中連梁不屈服,墻肢首先發生彎曲破壞雖屬于延性破壞,但該情況下吸收地震能量的能力較低。而在破壞過程中連梁首先屈服,之后是墻肢屈服,連梁通過塑性鉸的變形吸收大量地震能量,傳遞彎矩和剪力對墻肢起到約束作用,以上兩種情況在設計過程中應盡力避免。
5.結語
隨著社會的不斷進步,多、高層住宅正像雨后春筍一樣拔地而起,如何對剪力墻結構進行合理選型以及優化布置就顯得非常重要。設計人員只有熟練掌握規范,具有明確的結構概念,根據結構受力的特點和破壞機理,充分利用剪力墻結構的優點,合理選擇結構布置形式,掌握正確計算分析方法,結合工程的實際背景進行設計,才能做出安全適用、技術先進、經濟合理的作品。
參考文獻:
1.楊斌,張紅英.關于剪力墻結構設計中若干問題的研究[J].工程地球物理學報,2007,24(06):
Abstract: this article from the frame shear wall structure with the basic concept of design, this paper analyzes the frame shear wall in the design process of the need to control a few parameters, and through the application of PKPM, combined the high-rise building reinforced concrete structure technical regulation JGJ3-2002 (hereinafter referred to as the "high rules") and the code for seismic design of building GB50011-2010 (hereinafter referred to as the "resistance rules") of the related provisions of the proposed some attention points.
Keywords: frame shear wall; High-rise building
中圖分類號:[TU208.3]文獻標識碼:A 文章編號:
一 、前言
隨著我國城市化的快速發展,城市空間日益緊張,對高層建筑的需求越發明顯。高層體系一般分為框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒中筒結構等多種體系。其中框架剪力墻結構就是集框架結構和剪力墻結構的優點于一身,取長補短,即有框架結構建筑布置靈活,空間分隔容易使用靈活;又利用了剪力墻抗側剛度較大,在水平力作用下側向變形較小的優點。因此這種結構體系同時具有框架、剪力墻結構的優點,是一種適用性很廣的結構形式。
二 、框架剪力墻結構布置原則
框架剪力墻結構體系結構布置除應符合《高規》、《抗規》及其各自的相關規則外,框架柱和剪力墻的布置還應注意滿足以下幾個要求:
(1)框架剪力墻結構中剪力墻的布置一般按照“均勻 、對稱 、分散 、周邊”的原則布置 。
(2)框架剪力墻結構應設計成雙向抗側力體系,抗震設計時結構兩主軸方向均應布置剪力墻。
(3)剪力墻宜貫通建筑物全高,沿高度墻的厚度宜逐漸減薄,避免剛度突變 。
三 、工程概況
某工程位于上海市浦東新區,東北鄰近唐陸路、西北緊靠新金橋路,總建筑面積約為30萬 m2,包括10棟高層,其中E1,E2,A1,A2為12層,B1,B3為10層,B2,C1,C2為11層,兩層地下室及裙房兩層(地下二層部分為人防區,設計圖紙由其他設計單位完成),高層的結構形式為框架剪力墻結構。E3為一層局部三層的框架結構,±0.000以下連成整體,中間為下沉式廣場,框架的抗震等級三級,剪力墻抗震等級二級;所在地區的抗震設防烈度為7度;設計基本地震加速度為0.10g;設計地震分組為第一組;場地土類別為Ⅳ類;特征周期: Tg =0.9S; 50年一遇的基本風壓值取0.55kN /m2;地面粗糙度類別為B類;風載體型系數1.3。本文僅以E1辦公樓為例,下圖為E1框架-剪力墻標準層結構布置圖:
從結構平面布置中可以看出結構的的核心筒偏向一邊,這對于結構扭轉來說非常不利,所以我們可以在不影響建筑使用空間的前提下,在核心筒較遠出布置一些墻肢,同時增大周邊梁的剛度來解決由核心筒偏向一邊而引起的扭轉等問題。
四 、框架—剪力墻結構設計主要控制要點
1、框架柱傾覆彎矩及0.2Q調整系數:
(1)框架剪力墻結構中框架柱傾覆彎矩控制及計算:根據《高規》第8.1.3條、《抗規》第6.1.3條規定,框架剪力墻結構,在基本振型地震作用下,框架部分承擔的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50% ,其框架部分的抗震等級應按框架結構確定,柱軸壓比限值宜按框架結構采用,其最大適用高度和高寬比限制可比框架結構適當增加。
本工程E1由PKPM計算得出的結果為:
本工程由PKPM得出的柱傾覆力矩均小于總地震傾覆力矩的50%。此結構為框架剪力墻結構。
(2) 0.2Q0調整
根據《抗規》第6.2.13條規定,側向剛度沿豎向分布基本均勻的框架-剪力墻結構和框架核心筒結構,任一層框架部分的地震剪力值,不應小于結構底部總地震剪力的20%和按框架剪力墻結構、框架核心筒結構計算的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值,對于框架剪力墻結構,一般由剪力墻吸引了大量的地震力,而框架部分所承擔的地震力較小,其主要目的是為了保證框架部分在地震作用下的抗剪能力。
本工程由PKPM計算得出的結果為:
本工程各個樓層均按0.2Qox、0.2Qoy進行調整,各個樓層不滿足上值時均乘以不同的調整系數來滿足規范要求。
2、位移及位移比:
位移比主要為控制結構平面布置的不規則性,以避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。見《抗規》第3.4.2條, 《高規》第4.3.5條及相應的條文說明。位移比不滿足主要是結構平面不規則、質量與剛度偏心和抗扭剛度太弱引起的,應調整改變結構平面布置,減小結構剛心與形心的偏心距;同時在設計中,應在構造措施上予以加強。本工程由于地下室頂板中間有一萬多平米的下沉式廣場整體剛度較弱不能作為上部結構嵌固端。依據抗震審查意見為了減少多塔效應對地下室頂板的不利影響應,盡量把首層位移控制在接近1/2000范圍內,主要通過以下手段使地上一層位移接近1/2000:
1增加地下室剪力墻數量;
2適當加大底部加強區核心筒及周邊剪力墻的厚度;
3加大首層梁、柱截面尺寸。
為了保證結構的抗扭剛度,我們又必須保證結構周邊有足夠剛度就需在不影響建筑使用空間的前提下在結構周邊布置剪力墻增加結構周邊的剛度,同時通過加大結構周邊梁的截面尺寸來保證結構的抗扭剛度。
本工程由PKPM得出的結果如下:
1)最大位移角(《高規》第4.6.3條框架—剪力墻最大值層間位移角≤1 /800)
X方向最大值層間位移角: 1 /963 首層位移角:1/1839
Y方向最大值層間位移角: 1 /967 首層位移角:1/1832
2)最大位移比(《高規》第4.3.5條最大位移層間位移和與層平均值的比值A級高度高層建筑不宜大于1.2,不應大于1.5的規定;B級高度高層建筑不宜大于1.2,不應大于1.4的規定。)
1框架-剪力墻結構的受力特點及分析
框架-剪力墻結構是由框架和剪力墻結構兩種不同的抗側力結構組成的,所以其框架不同于純框架結構中的框架,剪力墻也不同于剪力墻結構中的剪力墻。當剛度特征值很小時,剪力墻剛度很大,框架剛度較小,內力分配以剪力墻為主,整體變形為彎曲型,此時框架分配的剪力很小,剪力墻可能不出現負剪力,二者協同工作的性能較差,這種結構更接近于剪力墻結構,不能算作雙重抗側力體系,在我國高規中的0.2Q的調整就是針對這種情況,保證框架成為第二道防線;當剛度特征值很大時,框架的剛度相對較大,屬于剪力墻較少的情況,當剪力墻承擔的傾覆力小于50%時,框架部分就應該按照純框架結構進行設計,以保證框架的安全。正常的設計應該是避免上述兩種情況出現,使剪力墻的數量即不過多,也不過少。
2剪力墻的數量
在框架-剪力墻結構中,結構的側向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和控制,結構的水平位移隨剪力墻截面彎曲剛度增大而減小。一般以滿足結構的水平位移限值作為設置剪力墻數量的依據較為合適??蚣芰航孛娉叽缫话愀鶕こ探涷灤_定,框架柱截面尺寸可根據軸壓比要求確定。在初步設計階段,可根據房屋底層全部剪力墻截面面積Aw和全部柱截面面積Ac之和與樓面面積Af的比值,或者采用全部剪力墻截面面積Aw與樓面面積Af的比值,來粗估剪力墻的數量。根據工程經驗,(Aw+Ac)/Af或Aw/Af比值大致位于表1的范圍內。層數多、高度大的框架-剪力墻結構體系,宜取表中的上限值。
(Aw+Ac)/Af或Aw/Af比值的大致取值范圍表1
設計條件 (Aw+Ac)/Af Aw/Af
3剪力墻的布置
(1)為了增強整體結構的抗扭能力,彌補結構平面形狀凹凸引起的薄弱部位,減小剪力墻設置在房屋而受室內外溫度變化的不利影響,剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近(第一內跨)、樓梯間、電梯間、平面形狀變化或恒載較大的部位,剪力墻的間距不宜過大(高規表8.1.8);平面形狀凹凸較大時,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。
(2)縱、橫向剪力墻宜組成L形、T形和匚形等形式,以使縱墻(橫墻)可以作為橫墻(縱墻)的翼緣,從而提高其剛度、承載力和抗扭能力;樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側力結構結合布置,以增強其空間剛度和整體性。
(3)剪力墻布置不宜過分集中,單片剪力墻底部承擔的水平剪力不宜超過結構底部總剪力的40%,以免結構的剛度中心與房屋的質量中心偏離過大、墻截面配筋過多以及不合理的基礎設計。當剪力墻墻肢截面高度過大時,可通過開門窗洞口或施工洞形成聯肢墻(一般不超過8m)。
(4)剪力墻宜貫通建筑物全高,避免剛度突變;剪力墻開洞時,洞口宜上、下對齊??拐鹪O計時,剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近。
(5)在長矩形平面中,如果兩片橫向剪力墻的間距過大,或兩墻之間的樓蓋開大洞時,樓蓋在自身平面內的變形過大,不能保證框架與剪力墻協同工作,框架承受的剪力將增大;如果縱向剪力墻集中布置在房屋兩端,中間部分樓蓋受到兩端剪力墻的約束,在混凝土收縮或溫度變化時容易出現裂縫。
4剪力墻的厚度的初步估算
剪力墻的厚度可參照表2確定,表中n為墻體水平截面所在高度以上的樓層數??拐鹨幏秾袅Ω吆癖鹊囊幎ú皇潜仨氉裱?,當不滿足時可依據高規的規定進行穩定性驗算,設計經驗表明,高厚比驗算的結果一般均能滿足要求。
剪力墻的最小厚度表2
結構體系 剪力墻最小厚度/mm
剪力墻結構 10n及160的較大值
框架-剪力墻 12n及200的較大值
實際工程設計中,為使剪力墻的設置合理有效,建議按下列步驟進行:
(1)首先估算出框架部分的抗側剛度,而后按照滿足規范規定的層間位移角為原則反算出所需剪力墻的最小剛度,按此初步布置剪力墻。
(2)按單項地震作用但不考慮偶然偏心的情況進行結構計算,如計算得到的最大扭轉位移比為1.0,則說明結構的剛度中心與質量中心一致。當最大扭轉位移比較大時,應對結構布置進行調整,使最大扭轉位移比接近1.0,以減小質量中心與剛度中心之間的偏差。
(3)按單項地震作用且考慮偶然偏心的情況進行結構計算,如扭轉位移比較大,則說明結構的抗扭剛度或某些部位的抗側剛度偏小,需要調整剪力墻的布置。
(4)如有必要,可按雙向地震作用但不考慮偶然偏心計算,如扭轉位移比較大,仍需根據具體情況對剪力墻的布置做出調整。
(5)上述各種工況計算時,如發現結構的扭轉周期偏長,則說明結構抗扭剛度偏小,應采取加大抗扭剛度的措施。
5工程實例
某辦公樓結構平面布置見圖1,本工程為地上11層,地下2層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構,地下室至地上層2頂板范圍內為剪力墻底部加強區;建筑總高度為45.800m;建筑抗震設防類別為丙類,抗震設防烈度為8度,0.2g,第一組;建筑場地類別為Ⅲ類;鋼筋混凝土結構抗震等級為框架二級,剪力墻一級。
圖1結構平面布置圖
目前,判斷整體計算結果是否合理的主要依據是高規用于控制結構整體性的主要指標:適用高度和高寬比、周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力比、剛重比、剪重比等。然而這些參數在計算前很難估計,需要經過試算才能得到。
(1)結構基本周期是計算風荷載的重要指標。周期的大小與結構在地震中的反應有著密切關系,最基本的是不能與場地的卓越周期一致(一般要大于場地的特征周期),否則會發生共振。一般情況下,多層和高層鋼筋混凝土結構的基本自振周期T1(用于風振計算)可按下列公式估算:框架結構T1=(0.08~0.1)n;框架-剪力墻和框架-核心筒結構T1=(0.06~0.08)n;剪力墻和筒中筒結構T1=0.05n。n為結構層數(40層以上的建筑可能有較大差別)。如果周期偏離上述數值太遠,應當考慮工程剛度是否合適,必要時調整結構截面尺寸。如果結構截面尺寸和結構布置正常,無特殊情況而計算周期相差太遠,應檢查輸入數據有無錯誤。
(2)振型組合數是在做抗震計算時考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量,使計算結果失真;取值太大,不僅浪費時間,還可能使計算結果發生畸變。必須指出的是,結構的振型組合數并不是越大越好,其最大值不能超過結構的總自由度數。例如,對采用剛性板假定的單塔結構,考慮扭轉耦聯作用時,其振型不得超過結構層數的3倍。
(3)耦聯計算時,底層剪重比也應該在合理范圍內。對于第一周期小于3.5s的結構,一般為:7度、II類土:剪重比為1.6%~2.8%;8度、II類土:剪重比為3.2%~5%。
(4)正常計算結果的振型曲線多為連續光滑曲線,當沿豎向有非常明顯的剛度和質量突變時,振型曲線可能有不光滑的畸變點。豎向剛度、質量變化較均勻的結構,在外力的作用下,其內力、位移等計算結果自上而下也應均勻變化,不應有較大的突變,否則,應檢查結構截面尺寸或者輸入的數據是否正確、合理。
(5)柱、墻等豎向受力構件的計算軸力N基本符合柱、墻受荷面積A與近似應力q的乘積。即N=qA。q為單位面積重力荷載,對于框架結構約為12~14kN/m2,對于框架-剪力墻結構約為13~15kN/m2,
對于剪力墻結構和筒體結構約為14~16kN/m2。
(6)地震作用方向不同,結構地震反應的大小也各不相同,那么必然存在某各角度使得結構地震反應值最大,這個方向為最不利地震作用方向,也即最大地震力作用方向。設計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出,設計人員如發現該角度絕對值大于15°,應將該數值回填到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算,以體現最不利地震作用方向的影響(逆時針為正)。對于構件計算,則可以輸入“斜交抗側力構件附加地震數”來實現。
1 建筑結構設計中剪力墻結構概念方案布置
剪力墻結構概念方案布置是剪力墻結構設計的首要前提,方案布置的合理性與否對整個工程造價影響甚大,因此以下對剪力墻結構布置作簡要分析。
剪力墻平面布置宜沿兩主軸方向雙向布置,盡量均勻、對稱布置,兩主軸方向剛度盡量相近。過于集中布置剪力墻可能導致結構剛度中心與荷載重心偏差較大,從而產生較為嚴重的扭轉效應;過于分散布置剪力墻則會導致剛度分布不均勻及梁板跨度加大,一方面會增加結構自重,加大地震作用效應,從而增加工程造價;另一方面,剪力墻間距過大,以致某片墻承擔荷載過大,軸壓比加大從而影響剪力墻延性設計。還有結構角部及結構開洞后形成凹凸不規則均屬抗震扭轉薄弱部位,易產生較大的扭轉變形從而導致扭轉破壞。因此在考慮剪力墻的平面布置時,應單獨對角部及開洞周圍進行局部加強。在平面角部盡量布置L 形墻肢,還可采設置端柱及轉角部位樓板中設置暗梁等構造措施進行加強,以達到提高其扭轉剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續布置,墻厚及墻長沿高度宜均勻變化,以達到豎向剛度逐漸變小,從而能夠有效避免豎向剛度發生突變情況。這樣既經濟又能滿足承載力、側向變形的要求。
因此剪力墻布置的優劣直接關系到整個結構合理性及經濟性。現如今結構的經濟性已成為結構設計必須考慮的因素。如何在滿足安全的前提下,將有限的資源物盡其用,是值得我們結構工程師所思考的問題。所以在剪力墻布置合理前提下盡量經濟,節約成本,減少工程造價。對結構的重點、關鍵部位或計算模型與實際情況有出入部位,至少采用兩種不同的結構計算軟件進行分析計算,然后進行包絡設計且在構造上給予加強。在概念方案布置前期,結構設計師應與建筑師緊密配合,初步確定一個比較合理的布置方案,避免出現不規則或嚴重不規則的平立面,達到技術先進,安全適用、經濟合理的設計方案,實現降低總體造價的目的。
2 建筑結構設計中剪力墻結構受力分析
剪力墻結構設計有著自己的設計規則及原理。由于剪力墻通常情況下高度、寬度要比厚度大很多,因此其何特征像板, 但與板有很大的差別,板是按受彎構件計算,剪力墻是按壓彎構件計算。因此在進行其結構設計分析時就需要考慮到其具體的設計差別。此外還包括剪力墻的肢長、墻厚度范圍有著自身的特性,因此當墻肢截面高度與厚度之比hw/tw ≤ 4 時,應按框架柱結構設計;當hw/tw>8 時為一般剪力墻;當4 ≤ hw/tw ≤ 8 時短肢剪力墻,這也是剪力墻結構設計的基本原則之一。剪力墻結構是由一系列縱向、橫向剪力墻與梁、板所組成的空間結構。其主要承受兩類荷載:一類是豎向荷載,豎向荷載主要是梁板傳來的恒載、活載、剪力墻身自重及豎向地震作用;另一類是水平荷載,主要為水平風荷載和水平地震作用。剪力墻的內力、變形分析包括承載能力極限狀態與正常使用極限狀態下分析。在承載能力極限狀態下,剪力墻在各種工況下不致破壞,能夠安全地承受重力荷載作用。在正常使用極限狀態下,結構變形滿足規范要求,結構耐久性也滿足設計要求。剪力墻的變形主要是彎曲變形,框架結構的變形主要是剪切變形。
為了使剪力墻實現彎曲破壞的延性破壞模式,《高層建筑混凝土結構技術規程》簡稱高規,規定墻長不宜大于8m。實際上影響剪力墻破壞模式的兩個主要因素是剪跨比和軸壓比,只要剪跨比>2,且軸壓比不超過規范規定限值,能夠實現延性的破壞模式。當剪力墻墻長大于8m 時,盡量在墻中部開洞形成雙墻肢,通過弱連梁連接。這樣剪跨比一般也會大于2,即能滿足延性破壞的需求。在地震作用下通過連梁來耗能,連梁端部首先進入塑性變形,形成塑性鉸,這樣連梁起到第一道抗震防線的作用。
3 連梁設計
高層住宅剪力墻結構中,由于開間不大或墻長較長時開洞后形成連梁,若兩墻肢之間出現跨高比較小的連梁時,在計算過程中,容易產生連梁抗剪超限的情況,通常有以下幾種解決方案:①增大截面,可以提高連梁自身的抗剪能力,但隨著連梁剛度增加相應內力也增加,其對抗剪能力的提高是有限的。在梁寬一定的情況下,通過加高連梁梁高的方法;在梁高一定的情況下,也可以通過加寬梁寬,加寬截面卻對連梁剛度的貢獻較小,僅為線性關系,使得抗剪力的提高值僅大于分擔剪力的增加值。②調整設計內力,在增大連梁截面對提高抗剪能力沒有效果的情況下,可以通過人為的內力調整,對連梁剛度進行折減,控制剪力分配比,解決連梁抗剪問題。最簡單的調控方法是在計算參數選取時,調整連梁剛度折減系數,僅對內力配筋計算時才能采用。在整體計算及非地震荷載作用下,連梁剛度不予折減,這時連梁應具備足夠的抗彎和抗剪承載能力,以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5 的連梁,應按框架梁設計,且必須滿足框架梁各項要求。③也可設水平縫形成雙連梁、多連梁或采取其他加強受剪承載力的構造措施,譬如設置交叉暗撐等措施來提高連梁抗剪承載力。
4 結語
隨著我國國民經濟整體水平的持續提高和建筑結構設計發展速度的持續加快,高層建筑將是現代建筑的主流。剪力墻結構因側向剛度大,側向變形小等優點,因而被廣泛應用于高層建筑中。所以掌握好剪力墻結構受力特點,把握好剪力墻結構設計的基本原則,剪力墻結構設計就會更加經濟合理。因此建筑結構設計人員應對剪力墻結構設計原理有著清晰的理解,從而能夠在此基礎上通過不斷設計實踐的進行來促進我國建筑工程整體設計水平的有效提高。
參考文獻:
在現代高層建筑的施工設計中,采用剪力墻結構作為建筑的主體結構是一種較為常見的結構設計形式。尤其是隨著建筑規模的擴大以及建筑功能需求的增多,剪力墻的設計長度越來越大,一般而言,當剪力墻的墻體連續長度超過6m時,就應當按照剪力墻長墻的有關規定進行設計施工。在剪力墻長墻的設計施工中,防止墻體出現裂縫是其中最關鍵的設計環節,也是最難把握的設計難點。筆者以某工程為例,在結合自身工作經驗的基礎上,對建筑結構設計中的剪力墻長墻的結構設計質量控制進行了探討。
1、工程概況
某高層商住樓建筑, 地上部分2O層,采用框架一剪力墻結構。結構主體澆筑至第4層時,發現從地面1到3層均在同一部位出現同一形狀的裂縫,裂縫為剪力墻端部倒八字形的斜裂縫,出現在建筑物平面東端的剪力長墻上, 由剪力墻暗柱根部斜向上發展,寬度一般0.1一O.3mm,個別可達0.4―0.6mm,在其余部位(包括剪力墻筒體)末發現裂縫。
2、剪力墻長墻出現裂縫的影響因素
在剪力墻長墻的結構設計施工中,對于裂縫的防治控制是直接影響到建筑的整體施工質量的。而在本工程中長墻出現了裂縫,表明在設計施工中存在著一定的問題與缺陷,找出這些問題與缺陷對于采取有效措施解決問題,從而提高剪力墻結構施工質量來講是很有必要的。筆者在對施工現場進行了詳細觀測與分析后,認為本工程中剪力墻長墻出現裂縫的主要影響因素是因混凝土產生收縮變形,在柱墻以及樓板、框梁的約束作用下而產生的收縮裂縫。具體的原因分析如下所示:
2.1經調查,在本工程的施工設計中,所選用的混凝土為C50的高強混凝土,并采用泵送的方式進行混凝土澆筑。為了能夠提高墻體的強度,設計人員在混凝土的配制中加入了一定的高效減水劑,并增大了水泥的使用量,減少了水灰比的比例,以此來保證混凝土的塌落度能夠符合要求。但在實際的混凝土硬化過程中,如果沒有足夠的水分補給,在水泥水熱化的作用下是很容易出現收縮裂縫的。在剪力墻的長墻施工中,由于墻體長度較大,混凝土的收縮應力更明顯,極易產生豎向裂縫或者端部斜向裂縫。
2.2在剪力墻的結構設計中,對于剪力墻結構的約束設計較大,使得構件之間承受了各種約束力,嚴重影響了各個構件自身的變形能力,因而極易因變形不協調而出現裂縫現象。
2.3由于剪力墻結構為豎向構件,因而在對混凝土進行養護時較為困難,而施工中又因加趕施工進度而過早的拆除模板,使得墻體更早的暴露在空氣中,混凝土的干縮加快,也是產生裂縫的主要原因。
2.4在設計中對于剪力墻的厚度設計較大,但對墻體內的水平筋配置卻很少,這中設計手法雖然滿足了有關規定的要求,但在實際的應用中,水平筋并沒有發揮其應有的對斜裂縫的抑制作用。
3、從裂縫談剪力墻長墻的結構設計
由上述分析可以看出,若在剪力墻長墻的結構設計中不能全面考慮到長墻的結構特點,就極易出現墻體裂縫,影響剪力墻結構的施工質量,為此,必須要加強結構設計,防止剪力墻長墻裂縫的發生。
3.1概念設計方面。剪力長墻宜盡量避免直線型式,應避免結構突變(或斷面突變)產生的應力集中,導致的應力集中裂縫。當不能避免斷面突變時,應作局部處理,做成逐漸變化的過渡形式,同時加配鋼筋。結構設計時,應加強概念設計,構件布置盡量均勻,形體盡量規則,避免局部過剛和應力集中,有利于減少剪力墻裂縫的出現。
3.2剪力墻水平筋的配置要求。剪力墻的水平分布鋼筋,在剪力墻內主要起抗剪作用, 限制斜裂縫的開展,防止剪力墻的脆性破壞。在墻板結構中,采取增配水平構造鋼筋的措施,使構造鋼筋起到溫度筋的作用,能有效地提高混凝土的抗裂性能。剪力墻水平分布鋼筋的位置在結構構造中對產生裂縫也起著很重要的作用。水平分布鋼筋應位于豎向鋼筋的外側,這種布置方式有利于抵抗溫度應力的作用, 可以有效地減小混凝土保護層的厚度,增強剪力墻表層混凝土的抗裂性。
3.3剪力墻豎向筋的配置要求。剪力墻豎向分布鋼筋,在剪力墻內主要起抗彎作用, 限制水平裂縫的開展。設計時按正截面強度計算確定,并應滿足構造要求。另外,在結構使用階段也可限制斜裂縫的開展。結構設計時,在滿足計算和構造要求的基礎上可適當提高剪力墻豎向分布鋼筋的配筋率,尤其是在溫度、收縮應力較大的部位,結構全截面的配筋率不宜小于0.35%,間距不應大于200ram。這樣對混凝土裂縫的開展將起著有效的限制作用。
3.4剪力墻長墻中暗梁、暗柱的設置。剪力墻長墻中暗梁與暗柱(或明柱)一起,對剪力墻混凝土起著套箍的作用,共同約束剪力墻混凝土,限制裂縫的開展。暗梁的配筋,按構造要求設置, 暗梁常常設置在樓層位置處,這樣當樓板中有次梁壓在其中時,還可起到梁墊的作用;當剪力墻高度較大時,還可以在中間增設一道暗梁。在剪力墻長墻的中間位置, 可以增設構造暗柱,這樣使得剪力墻增加了約束,從而有效減小墻體產生的收縮應力。
3.5剪力長墻上增開結構小洞或留置后澆帶。在剪力墻長墻上增開結構小洞,通過開洞把長墻變成短墻,減少混凝土收縮變形的約束,使混凝土收縮應力得到釋放,從而達到控制墻體裂縫的目的。這種方法,必需按墻上有小洞的計算模型對結構進行計算,確保結構的安全。在剪力墻長墻上留置施工后澆帶,通過留置后澆帶把長墻變成實質上的短墻形式,使得剪力長墻先釋放了一部分溫差收縮應力。當后澆帶兩側的剪力墻混凝土收縮變形趨于穩定時,再封閉后澆帶,從而避免了因溫差收縮應力引起的裂縫。
3.6剪力墻長墻抗裂結構設計的原則
1.框架剪力墻結構及其優點
框架剪力墻結構是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合,吸取了各自的長處。眾所周知,框架結構的變形是剪切型,上部層間相對變形小,下部層間相對變形大。剪力墻結構的變形為彎曲型,上部層間相對變形大,下部層間相對變形小。對于框架剪力墻結構,由于兩種結構協同工作變形協調,形成了彎剪變形,從而減小了結構的層間相對位移比和頂點位移比,使結構的側向剛度得到了提高。從受力特點看,由于框架剪力墻結構中的剪力墻側向剛度比框架的側向剛度大得多,在水平荷載作用下,一般情況下,受力80%以上用剪力墻來承擔。因此,使框架結構在水平荷載作用下所分配的樓層剪力,沿高度分布比樣均勻,各層梁柱的彎矩比較接近,有利于減小梁柱規格,便于施工。
2. 框架和剪力墻的布置應滿足下列要求:
1) 框架剪力墻結構應設計成雙向抗側力體系,主體結構構件之間不宜采用鉸接??拐鹪O計時,兩主軸方向均應布置剪力墻。梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合,框架的梁與柱中線之間的偏心距不宜大于柱寬的1/4。
2)框架剪力墻結構中剪力墻的布置一般按照“均勻、對稱、分散、周邊”的原則布置:
① 剪力墻宜均勻對稱地布置在建筑物的周邊附近、樓電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位;在伸縮縫、沉降縫、防震縫兩側不宜同時設置剪力墻。
② 平面形狀凹凸較大時,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。
③ 剪力墻布置時,如因建筑使用需要,縱向或橫向一個方向無法設置剪力墻時,該方向可采用壁式框架或支撐等抗側力構件,但是,兩方向在水平力作用下的位移值應接近。壁式框架的抗震等級應按剪力墻的抗震等級考慮。
④ 剪力墻的布置宜分布均勻,單片墻的剛度宜接近,長度較長的剪力墻宜設置洞口和連梁形成雙肢墻或多肢墻,單肢墻或多肢墻的墻肢長度不宜大于8 m。每段剪力墻底部承擔水平力產生的剪力不宜超過結構底部總剪力的40%。
⑤ 縱向剪力墻宜布置在結構單元的中間區段內。房屋縱向長度較長時,不宜集中在兩端布置縱向剪力墻,否則在平面中適當部位應設置施工后澆帶以減少混凝土硬化過程中的收縮應力影響,同時應加強屋面保溫以減少溫度變化產生的影響。
⑥ 樓梯間、豎井等造成連續樓層開洞時,宜在洞邊設置剪力墻,且盡量與靠近的抗側力結構結合,不宜孤立地布置在單片抗側力結構或柱網以外的中間部分。
⑦ 剪力墻間距不宜過大,應滿足樓蓋平面剛度的要求,否則應考慮樓蓋平面變形的影響。
3)框架剪力墻結構中的剪力墻,宜設計成周邊有梁柱(或暗梁柱)的帶邊框剪力墻??v橫向相鄰剪力墻宜連接在一起形成L形、T形及口形等,以增大剪力墻的剛度和抗扭能力。
4) 剪力墻宜貫通建筑物全高,沿高度墻的厚度宜逐漸減薄,避免剛度突變。當剪力墻不能全部貫通時,相鄰樓層剛度的減弱不宜大于30%,在剛度突變的樓層板應按轉換層樓板的要求加強構造措施。
3. 剪力墻的布置要點
1)剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向或多向布置,不同方向的剪力墻宜分別聯結在一起,應盡量拉通、對直,以具有較好的空間工作性能;抗震設計時,應避免僅單向有墻的結構布置形式,宜使兩個方向側向剛度接近,兩個方向的自振周期宜相近。剪力墻平面布置應盡可能做到規則,避免過大的扭轉效應。
2)剪力墻的側向剛度及承載力均較大,為充分利用剪力墻的能力,減輕結構自重,增大結構的可利用空間,剪力墻不宜布置得太密,使結構具有適宜的側向剛度;若側向剛度過大,不僅加大自重,還會使地震力增大,對結構受力不利。
3)剪力墻宜自下到上連續布置,避免剛度突變;允許沿高度改變墻厚和混凝土強度等級,或減少部分墻肢,使側向剛度沿高度逐漸減小。剪力墻沿高度不連續,將造成結構沿高度剛度突變,對結構抗震不利。
4)細高的剪力墻(高寬比大于2)容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻,從而可避免發生脆性的剪切破壞。因此,當剪力墻的長度很長時,為了滿足每個墻段高寬比大于2的要求,可通過開設洞口將長墻分成長度較小、較均勻的若干獨立墻段,每個獨立墻段可以是整截面墻,也可以是聯肢墻,墻段之間宜采用弱連梁連接(如樓板或跨高比大于6的連梁),因弱連梁對墻肢內力的影響可以忽略,則可近似認為分成了若干獨立墻段。此外,當墻段長度較小時,受彎產生的裂縫寬度較小,而且墻體的配筋又能充分地發揮作用,因此墻段的長度不宜大于8m。
5)剪力墻洞口的布置,會極大地影響剪力墻的力學性能。為此規定剪力墻的門窗洞口宜上下對齊,成列布置,能形成明確的墻肢和連梁,應力分布比較規則,又與當前普遍應用的計算簡圖較為符合,設計結果安全可靠。
4.設計框架剪力墻結構房屋應注意的三個問題
1)框架-剪力墻結構中柱、墻總的剛度比大小決定了對框架受力的考慮。當框架結構中僅在樓電梯間或其他部位布置少量鋼筋混凝土剪力墻時,結構分析應考慮該剪力墻與框架的協同工作,此時應采取措施減小此種剪力墻的作用,增加與剪力墻相連柱的配筋,這些措施包括將此種剪力墻減薄、開豎縫、開結構洞、配置少量單排鋼筋等。此時結構形式按框架結構確定,按框架結構體系的要求進行結構設計。
2)當剪力墻布置較少剛度偏小時,在基本振型地震作用下,其框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%,框架是主要的抗側力構件,必須保證其各方面的承載能力。規范規程要求其框架部分的抗震等級按框架結構確定;柱軸壓比限值宜按框架結構的規定采用;最大適用高度和高寬比限值可比框架結構適當放松,放松的幅度可視剪力墻的數量及剪力墻承受的地震傾覆力矩來確定。當框架剪力墻結構布置足夠的剪力墻時,即在基本振型地震作用下,框架承受的地震傾覆力矩小于結構總地震傾覆力矩的50%時,其框架部分則屬于“次要抗側力構件”,框架部分的抗震等級按框架剪力墻結構的規定來劃分。
3)當剪力墻布置較多剛度過大而使框架受力過小時,需把框架部分予以加強。《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002規定“任一層框架部分的地震剪力不應小于結構底部總地震剪力的20%和結構整體分析中框架部分各樓層地震力最大值的1.5倍二者較小值”。此時框架是第二道抗震防線,為了不使框架部分過早出現塑性鉸,必須給予它一定的抗震能力。
框架剪力墻結構與框架結構相比,由于抗側能力大大提高,剛度增加,地震力作用下側移小,是抗震性能較好的結構體系。雖然地震力主要由剪力墻承擔,但設計要求框架承擔一定比例的地震力,是抗震的第二道防線。總之,該種結構具有使用靈活、剛度大、抗震性能好的特點,因此得到了廣泛的應用。
5. 如何解決與剪力墻相連的框架梁超筋現象
應首先分析產生本問題的原因,去掉地震力計算,如不再出現這個問題,那就是地震力產生的,可以保證正常使用狀態下的梁配筋,按不計算地震力計算結果配筋,然后計算地震力時點鉸,將地震力效應轉移;如不計算地震力時結果仍然超筋,那就不是地震效應,而是程序計算產生的問題;這個恐怕是PKPM程序的弊病,而產生這個結果的原因就是框架柱豎向剛度小,豎向變形大,而剪力墻豎向剛度大,豎向變形小,梁配筋就是剪力墻端負筋超大,框架柱端正筋較大;解決這個問題只有加大梁截面,滿足計算結果;或者是增加柱截面減小柱豎向變形。