框架剪力墻結構中剪力墻端柱設計探析

羅雅婷

（江西省建筑設計研究總院，江西 南昌 330046）

1 剪力墻端柱

應該明確，框架剪力墻結構中剪力墻端柱是剪力墻的一部分，端柱本質是墻，從而增加剪力墻的平面外穩定性和平面內的延性。當平面外有框架梁落到剪力墻的端柱上時，端柱還需要承擔框架梁傳來的水平力，豎向力由端柱和墻身共同承擔。在平面內框架剪力墻結構中兩端設置的邊框柱主要是與框架梁或剪力墻暗梁形成閉合的邊框，這時的端柱也起著框架柱的作用，并應同時符合框架柱的相關構造要求及剪力墻的構造要求。

2 理論分析

結構建模當端柱按照框架柱輸入時，框架柱和剪力墻重疊的部分軟件在計算的時候程序會重復計算，計算出來的結果可能會存在下列問題：①計算軸壓比會小于實際軸壓比，降低結構的實際延性，導致建筑抵抗地震力等水平力作用下的抗變形能力有所降低，重疊越多越顯著；②抗剪計算時，重疊部分也重復計算了，這樣計算抗剪能力會大于實際承載能力；③按照力學方法計算的剛度時，EI=E?（IC+ACX2+IW+AWX2），X 為各柱或墻到樓層形心的距離。因為端柱劃到框架柱的范疇，墻的剛度要減小，對于少墻方向，情況非常明顯，這樣計算出來的整幢建筑的剪切剛度會小于實際剛度，結構自振周期長于實際周期，計算地震力小于實際的地震力。多墻方向可能因為重疊區域增多，計算可能會增大；④導致端柱承擔的水平力納入框架柱的范疇，使純框架柱計算承擔的地震力大于實際承擔的地震力，甚至可能會使純框架柱承擔的地震力小于規范規定的最小值，框架失去二道防線的能力。結構建模當端柱按照墻體輸入時，軟件計算認為端柱和墻身形成一體，重疊部分軟件在計算的時候程序不會重復計算，這樣計算出來的軸壓比會比較接近實際軸壓比。剪切剛度計算時，端柱納入墻體計算，因為在水平力作用下的端柱變形符合柱的剪切變形特征，墻體變形特征符合彎曲變形特征，而實際變形要保持一致，因此計算的剪切剛度會大于實際剛度。結構自振周期會小于實際周期，計算地震力會大于實際地震力，尤其是在剪力墻比較少的方向情況更明顯。當計算地震力小于規范規定最小值時，影響地震力調整系數，導致結構不安全。為了解決這個問題，軟件計算結構自振周期時采用規范給予的計算公式T1=1.7ψT。頂點位移UT 計算時按照規范給予的方法計算結構側向剛度，兩種建模方法剛度計算結果不會差別太大，因而周期計算結果相差不大。

3 框架剪力墻結構的施工方案

3.1 施工準備階段

在框架剪力墻結構的施工準備階段，一般在施工設備以及施工人員入場之后，工作人員按照《施工總平面圖布局圖》的相關內容確定員工宿舍、辦公場地的位置等。同時為了確保框架剪力墻結構施工順利進行，還應該明確主要施工器械的使用方案、勞動力計劃等，保證工程項目施工順利完整。

在施工準備過程中做好現場測量，按照建設方提供的水準點，建立現場的水平以及高程控制網等；在確定追準點前，由專業的測量小組對整個水準點進行測試，在確認無誤后才能開展施工；之后確定工程的控制軸線網并引出高程控制網。

3.2 土方開挖

在框架剪力墻結構中，建筑中常采用筏板基礎模式，受到施工場地因素的影響，一般基坑開挖不具備放坡條件，所以需要做好支護。在基坑施工階段，采用機械施工方法，采用反鏟機挖土方案，選擇自卸式卡車將挖出的土壤運送至現場外。

在土方開挖階段，為了降低施工難度，可采用分級施工方案，其中在第一階段施工中，先挖至15°左右，在護坡樁施工結束后再進行第二階段施工，直至達到設計標高即可。施工階段在基坑底部預后30cm 左右的標高，采用人工施工方案做清槽。

表1 地震作用時剪重比、周期比、剛重比計算結果對比

表2 軸壓比計算結果對比

3.3 鋼筋工程

在框架剪力墻結構施工階段，鋼筋工程是其中的重點內容，在鋼筋入場之后，指揮工作人員按照型號分類堆放材料；在施工前進行鋼筋加工，但是加工前需要充分清除鋼筋表面的油漬、鐵銹等。在加工鋼筋時需要注意以下兩點：①鋼筋彎曲期間應采用機械冷彎方法，嚴禁使用氣焊施工工藝；②加工后的鋼筋集中堆放，并做好標記，避免誤用。

目前大部分框架剪力墻結構均采用直螺紋連接方法，與鋼筋端部連接的橫縱向鋼筋用輥壓機處理后，直接輥壓成普通直螺紋，通過專門的直螺紋套筒工藝，構建成鋼筋連接體系。其關鍵工藝如下：通過將鋼筋端部的橫肋和縱肋進行剝切處理后，使鋼筋滾絲前的柱體直徑達到同一尺寸。然后再進行螺紋滾壓成型（見圖1）。實現等強度連接，而且接頭還具有優良的抗疲勞性能和抗低溫性能。

4 工程實例模型計算結果分析對比

4.1 工程概況

某星級酒店項目，位于安徽省某市，總用地面積43731.6m2，總建筑面積85020.29m2，總體上呈四合院式布局，中間為景觀內庭院，其標準層結構平面布置圖如圖1 所示。

圖1 標準層結構平面布置

4.2 結構模型分析及方案選擇

本工程結構模型計算采用盈建科YJK 建筑結構設計軟件，剪力墻端柱采取兩種不同方式進行建模，模型1 是剪力墻端柱按常規框架柱輸入，軟件計算時框架柱按桿單元計算；模型2 是剪力墻端柱按墻單元輸入，軟件計算時按墻元計算，程序在不同的建模方式下模型剛度和剛重比計算結果對比如表1 所示。

表1 中剛度參數選取是其中7 層計算結果，另外，周期比、剪重比及位移角計算結果對比如表2 所示。

從表2 中可以看出，上表計算剛度時是按照規范給予的公式計算的，因為剛度差別很小，所以兩種建模方式各參數角計算結果差異很小。

4.3 結構模型計算結果對比

從上述模型計算結果對比可以發現，因為軟件計算各項參數時結構剛度是按照規范給予公式計算的。所以，兩種不同輸入模型對結構整體參數指標影響不大，可以根據自己的習慣建模，但當某項參數接近規范限值時，應分別按照兩種方法建模計算，兩種模型結果均要滿足規范限值要求。

5 結論

（1）對于帶端柱的剪力墻，程序計算時重復考慮二者重疊的區域，導致豎向構件面積計算誤差，這會影響剪力墻的抗剪承載力和軸壓比的計算，而且剪力墻墻肢截面長度越小，其計算誤差相對就會越大，計算越偏于不安全；

（2）端柱按框架柱輸入模型，計算框架柱承擔的剪力Vf 會大于實際承載力，影響到Vf≧0.2V0的調整，從而導致計算結果不合理，甚至不安全；

（3）當程序按墻+柱的方式輸入模型時，容易忽視一個問題，即軟件默認端柱的抗震等級按框架柱來定義，而工程設計通常涉及的框剪結構中，剪力墻的抗震等級往往大于或等于框架的抗震等級，這樣就有可能會定義錯端柱的抗震等級，出現結構設計偏不安全，因此，這種情況下應人工調整剪力墻端柱的抗震等級，避免出現設計錯誤；

（4）當某項參數接近規范限值時，應將端柱按照墻建模復算，結果應滿足規范要求。