基于高層建筑鋼混剪力墻邊緣構(gòu)件的設置與配筋問題探討

王振

（寧波市建筑設計研究院有限公司，浙江，寧波，315012）

基于高層建筑鋼混剪力墻邊緣構(gòu)件的設置與配筋問題探討

王振

（寧波市建筑設計研究院有限公司，浙江，寧波，315012）

為滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計要求，本文介紹了鋼混剪力墻設計中邊緣構(gòu)件的配筋范圍、配箍量以及配筋形式等常見問題與誤區(qū)，對現(xiàn)行的有關規(guī)范提出了一些建議，以供參考。

鋼混剪力墻；邊緣構(gòu)件；設置條件；配筋

近年來，隨著房屋建筑的高度的不斷增加，而作為抗震主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力墻，所要承受的抗震水平也隨之增高。隨著實驗研究的深入, 使剪力墻的抗震設計有了很大發(fā)展, 形成了一套較完整的強度, 延性保證構(gòu)造措施。許多研究單位的研究實驗表明, 剪力墻的邊緣構(gòu)件有橫向鋼筋約束可有效改善混凝土的受壓性能, 增大剪力墻的延性。此外還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動提高抗剪能力。邊緣構(gòu)件根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和受力狀況分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類, 其作為剪力墻的加強邊約束能力, 主要與邊緣構(gòu)件的配筋范圍、配箍量以及配筋形式有關。由于各規(guī)范之間表述的不同以及結(jié)構(gòu)師對規(guī)范理解的差異, 特別是為滿足建筑形式的特殊要求, 剪力墻在具體工程中的設計因項目而異。

一、底部加強區(qū)約束邊緣構(gòu)件的設置條件

文獻[1- 2] 規(guī)定, 一、二級抗震墻底部加強部位及相鄰的上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構(gòu)件;一、二級抗震設計剪力墻的其他部位以及三、四級抗震設計和非抗震設計的剪力墻墻肢端部均應設置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。文獻[1] 同時規(guī)定, 當墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比小于表1 的規(guī)定值時, 可設置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。分布筋, 設計中部分結(jié)構(gòu)師將按陰影部分計算的箍筋擴展到非陰影部分,結(jié)果墻身水平分布筋通過該部位伸至剪力墻端部后再彎鉤錨固, 將與設置在非陰影部分的箍筋發(fā)生長距離重疊, 導致該部位的實際配箍率過大( 圖1) , 造成不必要的浪費。

表1 抗震墻設置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最大軸壓比

另外, 文獻[1- 2] 規(guī)定, 一、二級剪力墻陰影部分的箍筋或拉筋豎向間距分別不宜大于100mm,150mm。因此部分結(jié)構(gòu)師就簡單的把非陰影部分拉筋間距誤取為陰影部分間距的2 倍( 非陰影部分配箍特征值為陰影部分1/2) , 即200mm 和300mm。但文獻[1- 2] 中規(guī)定, 一、二級剪力墻底部加強部位構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋或拉筋沿豎向最大間距為100mm 和150mm。其他部位為150mm, 200mm。筆者認為, 作為軸壓比更大的約束邊緣構(gòu)件,其箍筋或拉筋的設置標準不宜低于相同抗震等級構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。

由有關研究可知, 抗震墻的延性除了與邊緣構(gòu)件范圍, 配箍率大小等因素有關外, 還與截面的的相對受壓區(qū)高度或軸壓比有關, 當截面的相對受壓區(qū)高度或軸壓比較小時, 即使不設置約束邊緣構(gòu)件, 抗震墻也具有較好的延性和耗能能力。當相對受壓區(qū)高度或軸壓比超過一定值時,就需要增大邊緣構(gòu)件的范圍和配箍量。文獻[1] 不僅考慮了位置因素, 還考慮了軸壓比的影響, 而文獻[2] 適用于高層建筑結(jié)構(gòu)。剪力墻屬豎向懸臂構(gòu)件, 當為高層結(jié)構(gòu)時, 即使在軸壓比較小的情況下, 由于豎向高度較高, 橫向地震力對剪力墻產(chǎn)生的彎矩在剪力墻底部也會很高,所以, 對底部加強部位的約束邊緣要求不予放寬是有道理的。值得注意的是目前設計較多的小高層住宅多采用短肢剪力墻, 由于短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)中所占比例較高, 結(jié)構(gòu)與側(cè)向剛度較大的普通概念的剪力墻結(jié)構(gòu)有了顯著弱向量變, 規(guī)范關于剪力墻諸要素的參量系針對普通概念的剪力墻制定, 對整體為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的適用程度便較難把握, 全部套用并不合適, 因此, 有待進一步的研究。

二、約束邊緣構(gòu)件的配筋

1、約束邊緣構(gòu)件陰影部分配筋

2、約束邊緣構(gòu)件非陰影部分配筋

約束邊緣構(gòu)件非陰影部分即體積配箍率為λ/2 的區(qū)域, 此區(qū)域是邊緣構(gòu)件和剪力墻之間共有的過渡部分，其配筋對剪力墻延性的影響小于陰影部分。該部位的縱筋為剪力墻豎向分布筋, 但間距應與拉筋配合且不小于剪力墻豎向分布筋間距( 為與配箍率要求的拉筋間距配合, 有時需要將剪力墻豎向分布筋間距調(diào)小) ; 該部位的水平筋就是剪力墻身的水平

圖1 約束邊緣構(gòu)件截面配筋構(gòu)造

此外, 當剪力墻水平分布筋間距不符合約束邊緣構(gòu)件非陰影部分箍筋或拉筋最大間距時, 例如水平筋間距為200mm, 而箍筋或拉筋間距為150mm, 若非陰影部分只配置拉筋，則有部分拉筋將無法拉住水平筋，此時, 可以考慮在此部位設置附加水平筋的措施, 其中附加水平筋直徑不宜過大, 與水平筋配合滿足體積配箍率λv/2 即可; 深入的長度也不宜過長, 進入陰影區(qū)鉤住第二根縱筋即可( 圖2) 。

圖2 水平附加筋

約束邊緣構(gòu)件縱筋是由剪力墻截面抗彎計算而來, 兩端部縱筋合力中心距離大小直接影響剪力墻抗彎承載力大小, 文獻[1] 規(guī)定:約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度和配箍特征值應符合表6.4.5-2 的要求,一、二級抗震墻約束邊緣構(gòu)件在設置箍筋范圍內(nèi)( 即圖6.4.5-2 中陰影部分) 的縱向鋼筋配筋率, 分別不應小于1.2%, 1.0% 。此條說明約束邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋配筋率按陰影部分計算, 且要求應配在陰影部位; 文獻[2] 對陰影部分縱筋配筋量要求與文獻[1] 相同, 但又規(guī)定約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的配筋范圍不應小于陰影面積, 規(guī)定的模糊性導致結(jié)構(gòu)師將其理解為配筋范圍的下限值, 從而將端部縱筋均布在整個約束邊緣構(gòu)件ιc 范圍內(nèi),結(jié)果使鋼筋合力中心距離減少( 截面高度大時尤為明顯) , 使截面抗彎承載力降低, 不僅影響結(jié)構(gòu)安全而且不經(jīng)濟。因此,縱向鋼筋的配置范圍應為約束邊緣構(gòu)件的陰影部分, 不應隨意擴大范圍。

3、剪力墻水平分布筋的錨固

目前, 部分結(jié)構(gòu)師和現(xiàn)場施工人員認為, 剪力墻水平分布筋錨入邊緣構(gòu)件(一般為暗柱) 滿足搭接長度即可或可仿照梁與柱連接的做法(圖3) 。但事實上, 邊緣構(gòu)件與剪力墻墻身之間的連接有別于不同構(gòu)件(例如梁與柱) 之間的連接, 邊緣構(gòu)件并不是剪力墻墻身的支座, 其本身是剪力墻的一部分, 剪力墻水平分布筋是用以抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力,是按整片墻肢進行配置的, 并未扣除邊緣構(gòu)件的長度; 且規(guī)范中的計算公式并未考慮剪力墻邊緣構(gòu)件抵抗水平地震剪力其中所配箍筋的作用是約束混凝土, 改善混凝土的受壓性能, 提高剪力墻的延性能力, 兩者屬于一個整體只是作用不同。應按標準圖(03G101- 1) 做法, 將水平分布筋伸至墻肢端部垂直彎折15d(圖4) 。

圖3 梁與柱連接

圖4 暗柱

[1] GB 50011- 2010 建筑抗震設計規(guī)范

[2] JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

[3] 陳青來 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平法設計與施工規(guī)則? 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2007: 235- 239

TU369

1674-3954（2011）03-0233-02