淺析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

曾小勇

（福建省九龍建筑設(shè)計(jì)有限公司，福建廈門361000）

概述

隨著樓房高度的不斷增加，較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒，更重要的是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，必須要精心設(shè)計(jì)來(lái)保證。剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是平面構(gòu)件，它除了承受水平作用力和彎矩外，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，其受水平力作用下是底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下，剪力墻除需滿足剛度強(qiáng)度要求外，還必須滿足非彈性變形反復(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。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問(wèn)題

《混凝土規(guī)范》第9.1.1條中規(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；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)伸縮縫發(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，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，混凝土的收縮產(chǎn)生的變形大，墻體對(duì)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)受溫度或收縮形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)境影響使變化難于判斷，因此更難于解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)目前混凝土中水泥用量普遍增大，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。

(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(shí)的不良因素影響等都加大了結(jié)構(gòu)收縮量，增加產(chǎn)生裂縫的因素。

綜上所述，在處理超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，特別是處理超長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)更要特別慎重∶當(dāng)發(fā)生實(shí)在由于建筑使用功能要求不允許超長(zhǎng)建筑設(shè)永久縫時(shí)，建議采用對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的方法并結(jié)合采用設(shè)計(jì)構(gòu)造措施、施工措施共同給予處理。

二、高層剪力墻轉(zhuǎn)角部位開(kāi)設(shè)轉(zhuǎn)角窗的問(wèn)題

隨著建筑平立面體型的多樣化，在不少的居住建筑外墻轉(zhuǎn)角，客戶要求設(shè)置轉(zhuǎn)角窗，高層剪力墻結(jié)構(gòu)的角部是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在角部剪力墻上開(kāi)設(shè)轉(zhuǎn)角窗，這不僅消弱了結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度和抗側(cè)力剛度，而且使臨近洞口的墻肢、連梁內(nèi)力增大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。

(1)B級(jí)高度及9級(jí)設(shè)防A級(jí)高度的高層建筑不應(yīng)在角部剪力墻上開(kāi)設(shè)角窗或挑陽(yáng)臺(tái)。

(2)8度及8度以下級(jí)設(shè)防A級(jí)高度的高層建筑在角部剪力墻上開(kāi)設(shè)角窗或挑陽(yáng)臺(tái)時(shí)，應(yīng)采取以下措施∶

①洞口應(yīng)上下對(duì)齊，洞口寬度不宜過(guò)大，連梁高度不宜過(guò)小，并加強(qiáng)其配筋及構(gòu)造；

②洞口兩側(cè)應(yīng)避免采用短肢剪力墻和單片剪力墻，宜采用“T”、“L”、“[”型等截面的墻體，墻體厚度在底部加強(qiáng)部位不小于層高的1/12，其他部位不小于1/15，且不小于180 mm，墻端暗柱縱向配筋適當(dāng)加強(qiáng)；

③宜提高洞口兩側(cè)墻肢的抗震等級(jí)，并按提高后的抗震等級(jí)滿足軸壓比限值的要求；

④轉(zhuǎn)角處樓板應(yīng)加厚，配筋宜適當(dāng)加大，并配置雙層雙向配筋；也可于轉(zhuǎn)角處板內(nèi)設(shè)置連接洞口兩側(cè)墻體的暗梁；

⑤結(jié)構(gòu)電算時(shí)，轉(zhuǎn)角梁的負(fù)彎矩調(diào)整系數(shù)、扭轉(zhuǎn)折減系數(shù)均取1.0，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)的影響。

三、剪力墻連梁設(shè)計(jì)的問(wèn)題

剪力墻連梁的含義∶剪力墻連梁即兩端都與剪力墻相連且與剪力墻的夾角不大于25度，跨高比小于5，剛度可以折減的梁。在墻肢和連梁的協(xié)同工作中，剪力墻應(yīng)該具有足夠的剛度和強(qiáng)度。剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞，也就是要求墻肢和連梁的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)剪弱彎的原則，同時(shí)要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。連梁一般具有跨度小，截面大，與連梁相連的墻體剛度又很大等特點(diǎn)。因此在實(shí)際工程中要使連梁的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)剪弱彎的要求，就必須考慮以下幾個(gè)方面∶

(1)關(guān)于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，連梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減弱，內(nèi)力重新分布。因此在開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》第4.1.7條中規(guī)定∶“在內(nèi)力與位移計(jì)算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁的剛度可予以折減，折減系數(shù)不應(yīng)小于0.55”；

(2)加連梁跨度減少高度。在連梁設(shè)計(jì)中，剛度折減后，仍可能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況，這時(shí)可以增加洞口的寬度，以減少連梁剛度。減少了結(jié)構(gòu)的整體剛度，也就減少了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限，則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來(lái)解決。調(diào)整的幅度不宜大于20%，且連梁必須滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求；

(3)增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度，其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個(gè)比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限；

(4)提高混凝土等級(jí)。混凝土等級(jí)提高后，結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力不超限；

(5)地震區(qū)高層建筑的剪力墻連梁，在進(jìn)行了上述調(diào)整后，仍有部分不符合承載力要求時(shí)，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強(qiáng)剪弱彎”的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時(shí)，如果不能保證連梁在大震時(shí)的延性要求，應(yīng)重新計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)，必要時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使連梁的承載力符合要求。

結(jié)語(yǔ)

以上都是在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中經(jīng)常遇到的幾個(gè)問(wèn)題，這些問(wèn)題相對(duì)都比較復(fù)雜的，只有把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，才能取得比較理想的結(jié)果。

[1]GB50050-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]曾亞平.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題探討［J］.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2009.

[3]伊宏光李競(jìng)飛.高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題處理方法［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009.