多層和高層剪力墻設計中部分常遇問題與解決措施

夏文龍

摘 要:由于剪力墻結構具有抗側壓剛度大、能有效減少側移、具有較好的抗震性能等優點,因此,近年來,它在建筑結構設計中被廣泛的應用,多用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中。本文將主要針對多層和高層剪力墻設計中常見的問題進行分析,并提出解決措施。

關鍵詞:多層高層剪力墻設計問題 解決措施

中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0046-01

由于剪力墻結構具有抗側壓剛度大、能有效減少側移和抗震能力強等特點,其主要表現在受力方面,由于剪力墻的剛度較大,所以在小震作用下結構的位移就會受到一定的限制,在高層建筑中作用更為顯著;在地震作用下,其變形較小,破壞程度低,發生大地震時,剪力墻可以利用連梁和墻肢底部的塑性變形來消耗地震的能量。另外,由于剪力墻的最大間距受到限制,使建筑的使用空間也受到了相應的限制,結構自重較大,總高度不大時,結構材料的耗費也較多。因此,近幾年多層與高層鋼筋混凝土建筑中剪力墻被越來越廣泛的應用。本文就將對剪力墻在多層高層建筑設計中遇到的問題進行分析,并提出相應的解決對策。

1 概述剪力墻結構

剪力墻結構是由墻肢與連梁構成的,常見的剪力墻結構包括“T”字型、“L”字型、“十”字型、“Z”字型、折線型。剪力墻結構主要具有以下特點:

(1)布置豎向構件時需結合建筑平面和間隔墻的位置;(2)墻的數量與墻肢的長短是根據抗側力的需要而定的,其剛度的中心位置一般是采用不同的尺寸和布置來調整的;(3)連接各墻的梁,根據墻肢位置的不同可以設置在間隔墻的豎平面內,且能夠隱藏;(4)利用中心剪力墻形成的抗側力構件可以達到建筑平面抗側力剛度的要求。

2 多層和高層剪力墻設計中常遇問題及措施

由于剪力墻有多種優點,所以被廣泛的應用于多層及高層建筑的設計中。但是在多層及高層建筑中剪力墻的設計還是需要注意一些問題的。在進行剪力墻的設計過程中,常遇的問題主要是剪力墻布置與剪力墻截面設計兩方面。下面我們將對這兩方面需要注意的問題進行具體的分析,并提出相應的解決措施。

2.1 剪力墻的布置方面應注意的問題

剪力墻是主要的抗側壓力構件,因此其布置不僅要與相關規定相符,還必須為建筑具有良好抗震性打下基礎。因此,剪力墻在布置的過程中,不僅要遵循“對稱、均勻、周邊、連續”的規定,還應該注意以下問題:

(1)雙向布置剪力墻結構:剪力墻結構進行布置時,由于高層建筑物的空間工作性能較好,所以一般選擇雙向布置,而且應該避免單向布置,將縱橫墻相連,從而使剪力墻彼此形成有翼緣的剪力墻,以此增加其剛度,并提高其塑性變形的能力。

(2)保證豎向剛度均勻:在剪力墻的布置過程中必須注意其豎向剛度與剪力墻布置的關系,假如剪力墻沿高度不連續的話,其剛度沿著高度的方向也會發生突變。所以,在布置剪力墻是必須自上而下連續進行。

(3)墻肢高寬比:為了避免剪力墻受到脆性破壞,在設計過程中通常將細高的剪力墻設計為受彎曲破壞的延性剪力墻。對于抗震墻結構和部分框支抗震墻結構而言,我們通常是利用開設洞口的方法將一道較長的墻體分為長度較均勻的墻段,每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比應不小于2。

(4)剪力墻洞口的布置:剪力墻洞口的布置與剪力墻的力學性能有很大的關系,并對其有很大的影響,所以,在進行剪力墻洞口的布置時需注意以下要求:第一,剪力墻洞口需要成排成列的布置,并明確墻肢和連梁,洞口不能開設過大,以避免消弱剪力墻的承載力及剛度;第二,開洞時應盡量避開錯洞剪力墻和疊合錯洞墻,若是實在無法避免的時候,則應按照有限元方法仔細計算分析,從而在洞口采取相應的加強措施。

(5)連梁的跨高比設計:只有在進行剪力墻開洞形成跨高比小于5的連梁的設計時才按照相關的規定,對于跨高比不小于5的連梁則應按照框架梁進行設計。這樣能確保連梁有較大的剛度,并且能夠確定墻體的整體性能及增大其耗能能力。

(6)柱中線與梁、墻中線的設計:為了減少地震對柱的扭轉作用,在設計柱中線、墻中線時,其寬度都不應大于柱寬的1/4。若是沒有達到要求,則可以通過加水平腋或加強柱內配箍率等方式進行彌補。

2.2 剪力墻截面方面應注意的問題及預防策略

剪力墻截面設計中需注意的問題主要是剪力墻的最大剪壓比限值、剪力墻的最小厚度、剪力墻的計算以及剪力墻的破壞和構造方面。

(1)剪力墻的最大剪壓比限值:對于剪跨比大于2的剪力墻和跨高比大于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.2;對于剪跨比小于2的剪力墻和跨高比小于2.5的連梁而言,剪壓比不能大于0.15。對剪壓比要求較嚴格主要是因為剪跨比小的墻和跨高比小的連梁的剪切變形較大。為了避免剪壓比超過一定值后,剪力墻出現斜向裂縫等情況,就只有在設計的過程中加大混凝土的強度等級,以及加厚墻、梁或墻的長度。但是梁的高度還是不宜過高,而且在計算墻肢剪跨比時彎矩和剪力均應該取地震作用下的效應組合的計算值。

(2)抗震剪力墻的最小厚度:抗震設計時,一、二級剪力墻的底部加強部位不應小于200mm,而且不應小于層高的1/16;其他情況下不應小于160mm,而且也不能小于層高的1/20;另外,框架-剪力墻結構的墻周邊應設置梁或暗梁,并與端柱組成邊框梁。

(3)剪力墻的計算:剪力墻的計算主要是對剪力墻的水平和豎直作用下的結構進行整體分析,然后將求得的內力采用偏壓或偏拉的方式進行正、斜截面承載力的驗算。在受到較大集中負荷作用處,應該對局部受壓承載力進行驗算。

(4)剪力墻的破壞和構造:當剪力墻的墻肢較長時,配筋就應該盡量將豎向鋼筋布置在墻肢的兩端,因為這時剪力墻的法向應力是呈線形分布的,其破壞形態與偏心受壓柱相似;在設計過程中將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率,主要目的是為了防止剪切破壞和提高墻體的延性。在設計過程中,墻肢不能過小和過長,主要是為了避免斜壓破壞以及截面應力相差過大的狀況發生。另外,剪力墻結構不僅要承受水平方向的剪力和彎矩力,還要承擔豎向壓力。在軸力、彎矩、剪力的復合應力的工作狀態下,其受到水平力的作用,近似于一個基礎上底部嵌固的懸臂深梁。在地震作用或風載下,剪力墻不僅要滿足剛度的要求,還需要滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求;而且,為了避免墻體發生脆性剪切力破壞,設計過程中應盡量將剪力墻設計為延性彎曲型。

3 結語

由于剪力墻具有抗側壓剛度大、有效減少側移和抗震能力強等特點,因此,剪力墻在多層高層建筑中的使用也越來越廣泛。而在進行剪力墻的設計時,只有將每一個步驟都根據規范進行操作才能讓剪力墻將它所具有的優點發揮出來。總之,在剪力墻結構設計中應注意:選擇適合的計算機軟件,并合理的選擇計算分析方法,確定計算模型和相關參數,并對計算結果的合理性進行判斷。只要在剪力墻設計中將應注意的問題做到位,今后,剪力墻在高層多層建筑中的應用一定會得到更廣泛的應用。

參考文獻

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