【摘要】剪力墻結構在高層住宅中的應用越來越廣泛,而《高規》和《抗規》都有對剪力墻結構的規定。對于一些常見問題,提出了新的建議,以做到對結構的更合理優化,并帶來更好的經濟效益。
【關鍵字】短肢剪力墻;翼墻;強連梁;復合箍
一、規范要求及基本概況
隨著城市建設的高速發展,城市用地越來越緊張,高層住宅的應用越來越廣泛,而剪力墻結構剛度大、整體性好、且布局靈活,能夠很好的滿足建筑功能的要求。很多的設計人員都已經很熟悉剪力墻結構的相關內容,筆者也是通過多年的設計實例,總結出一些自己的見解和看法。《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3-2010)(以下簡稱《高規》)和《建筑抗震設計規范》(以下簡稱《抗規》)都有關于剪力墻的相關規范,很多地方相對老版規范做了進一步的補充,但是一些規定的合理性個人覺得還應做進一步的明確或補充。
二、相關問題的探討和思索
1.關于短肢剪力墻的判定
《高規》中明確規定“短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各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”。常用的剪力墻厚度為160mm、200mm,如果按規范的要求,則分別需要墻長做到160*8=1280mm和200*8=1600mm,才能滿足不是短肢剪力墻的要求。從《高規》7.2.2條明確規定的所有短肢剪力墻的構造要求可以看出,短肢剪力墻比一般剪力墻的配筋率要高很多。而實際工程中,很多的設計單位為了迎合建設單位控制鋼筋含量的要求,盡量的會避免布置短肢剪力墻。以圖一為例,我們可以看出,左側160墻總體的含鋼量比右側200墻要小很多。但是大家不難發現,200墻的情況不論整體剛度還是受壓能力,均比160墻要高很多,但是僅僅因為是短肢剪力墻,就要再一次提高配筋量,筆者認為過于草率。既然做160墻都能夠按一般墻配筋,為什么加厚了墻體反而應該配更大的鋼筋呢?而實際上滿足一般墻的配筋率就可以滿足要求了。所以筆者認為,短肢剪力墻除了規范規定的8倍墻厚之外,還應該規定短肢剪力墻的墻肢長度最小值,然后結合墻的軸壓比、層高、墻厚等綜合因素確定。這樣才能有效的合理的區分一般剪力墻和短肢剪力墻,在優化設計的同時提高經濟效益。
2.關于剪力墻有效翼墻的判定
《抗規》第6.4.5條規定“抗震墻的翼墻長度小于其3倍厚度或端柱截面邊長小于2倍墻厚時,視為無翼墻無端柱”;朱炳寅編著的《建筑結構設計問答及分析》中對本條解釋“其3倍厚度”指被考察的墻肢厚度,不是翼墻本身厚度,翼墻是否有效,是翼墻墻肢對墻肢本身的穩定有利影響程度。筆者本身也同意朱炳寅的觀點。而《高規》第7.2.15條規定“剪力墻的翼墻長度小于翼墻厚度3倍或端柱界面編程小于2倍墻厚時,按無翼墻無端柱”,本條明確規定了是翼墻厚度的3倍。出于對結構有利的考慮,不再糾結“是翼墻還是墻肢”的3倍,取二者大值的3倍考慮。而且,需要注意的是,不滿足上條件的翼墻,不是對墻肢穩定沒有作用,而是作用較小,不可直接等同于一字墻。
3.剪力墻中小洞口的處理
我們所指的小洞口,指洞口在1000mm左右,兩側均為一般剪力墻的情況,此時洞口上部的梁一般為強連梁。根據筆者自己的計算,此時將洞口取消改為合并剪力墻更加合適(墻長超過8m時的情況不在此列)。對比兩種情況的墻、梁配筋,開洞時墻肢兩端需要設置邊緣構件,連梁配筋也大于墻體配筋,且洞口還要用填充墻砌筑,施工模板也會比合并墻造成不必要的浪費,綜合考慮此時開洞的整體造價比連成整體剪力墻的造價要高;而建立墻合并成整體后只是增加了部分砼用量,鋼筋用量遠小于開洞的情況,且合并后墻變長增加了整體剛度。不同厚度的剪力墻,需要合并的小洞口尺寸并不統一。有興趣的讀者可以自行計算,根據當地的預算計算出合適的洞口尺寸。另外強連梁在抗震計算時,容易超筋,也建議合并剪力墻。
4.剪力墻的水平筋代替箍筋
《高規》7.2.15條規定,“符合構造要求的墻水平分布鋼筋,可計入體積配箍率”,也就是說,符合構造要求的墻水平筋,可以代替邊緣構件中的箍筋使用。條文說明中“符合構造要求的水平分布鋼筋”指的是水平筋伸入邊緣構件,在墻端部90°彎折后延伸到另一排分布鋼筋并勾住其豎向鋼筋。此時墻水平筋和墻中布置的拉筋形成復合箍,可以起到有效約束砼的作用。此做法適用于剪力墻結構的非加強區剪力墻。對于一般的住宅剪力墻結構,墻大部分為構造配筋,對于非加強區的邊緣構件,《高規》7.2.16表中標注可僅布置拉筋,此時如果用墻水平筋代替箍筋,按符合構造要求的做法錨固,則墻中只有水平筋和拉筋,比傳統做法墻筋加邊緣構件箍筋加拉筋要節省很多,并且一樣可以起到約束混凝土的效果。見圖二。
5.高度不同的住宅設計不同厚度的剪力墻
根據多年的設計經驗,不同層數的住宅剪力墻,可采用不同厚度的剪力墻,并且減少墻的厚度,可以增加實際的建筑使用面積。由于大部分的剪力墻是構造配筋,所以減少墻厚就可以直接減少整體的造價。如18層以下的住宅,墻厚可采用160mm,18層至28層左右的住宅,墻厚可采用200mm,這樣根據不同高度的住宅采用不同厚度的剪力墻,以達到優化結構設計的目的。
三、結論和建議
隨著城市化進程的不斷推進,高層住宅會越來越普遍,而剪力墻也會隨之一起被廣泛的應用。我們不能簡單的為了設計而設計,要不斷的探索研究,思索新的方法,找到更合理更優化結構體系,以適應新時代的要求。