實(shí)例分析高層住宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

韋唐君

【摘要】本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了小高層住宅基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)介紹了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及科學(xué)布置的要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】實(shí)例分析；高層住宅建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、工程實(shí)例

某住宅樓經(jīng)調(diào)查地表無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象存在。該工程屬于住宅建筑，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)。抗震設(shè)防烈度為七度，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，主體為筏板基礎(chǔ)，裙房為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。總建筑面積為6485. 72㎡，東西長(zhǎng)約42. 0m，南北長(zhǎng)約15. 0m，主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。（本文僅介紹主體的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）

2、概念設(shè)計(jì)與總體指標(biāo)控制

小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)由于住宅建筑空間分割面積較小，很多設(shè)計(jì)人員對(duì)剪力墻布置往往有一定的隨意性，電算通過(guò)后就不加調(diào)整地去做施工圖，實(shí)際上如此結(jié)構(gòu)布置很難做到安全、合理、經(jīng)濟(jì)。概念設(shè)計(jì)具體到工程設(shè)計(jì)中需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員布置剪力墻時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面上盡量使x向和y向抗側(cè)剛度接近，剪力墻不宜過(guò)多以免剛度過(guò)大，在梁系布置上也應(yīng)力求受力明確，傳力路徑簡(jiǎn)捷，避免梁系為多重搭接傳力，造成安全隱患。在豎向布置上也要力求均勻，避免少數(shù)樓層出現(xiàn)敏感薄弱部位，使結(jié)構(gòu)整體形成均勻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電算才能作出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)。

3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

目前的剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室。基礎(chǔ)多采用筏板基礎(chǔ)。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長(zhǎng)度也直接影響結(jié)構(gòu)整體安全和工程造價(jià)。該工程上部12層帶1層地下室，根據(jù)勘察報(bào)告，取筏板厚為1000 mm，經(jīng)細(xì)算后筏板可減至800mm，經(jīng)濟(jì)性明顯。因此，基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值，對(duì)小高層來(lái)說(shuō)一般筏板厚初選時(shí)可按樓層數(shù)計(jì)，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據(jù)筏板配筋情況調(diào)整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來(lái)解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來(lái)了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長(zhǎng)寬均達(dá)百米以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶，也沒(méi)有其他措施是不妥當(dāng)?shù)摹Ｄ壳翱刹捎锰砑觿┮匝a(bǔ)償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶，并且對(duì)所設(shè)后澆帶采取必要的保護(hù)和加強(qiáng)措施。該工程長(zhǎng)50. 75m，大于規(guī)范要求的45m，故筏板基礎(chǔ)采后澆帶來(lái)解決結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的問(wèn)題，效果良好。

4、剪力墻設(shè)計(jì)

4.1 剪力墻科學(xué)合理的布置

剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免“一”字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)盡可能布置成長(zhǎng)墻（h/w>8）；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無(wú)法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的2. 5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng)，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件時(shí)兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻；規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質(zhì)心x向在同一位置，y向相差0. 5 m，大大減小了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；主梁擱置在剪力墻上的，在相應(yīng)部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。

4.2 剪力墻配筋及構(gòu)造

4.2.1 剪力墻配筋

該工程剪力墻一層墻厚（除電梯間四周）為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。六層以下水平筋Φ10@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@ 400拉筋；六層以上Φ8@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@ 600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋 14@ 200為主要受力鋼筋，水平筋則構(gòu)造配置，該工程均取 12@ 150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，簡(jiǎn)化計(jì)算后由豎向筋控制。為增大計(jì)算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。

4.2.2 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置

試驗(yàn)研究表明，鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩(wěn)定性，因此一般一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》第7. 2. 17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。有工程技術(shù)人員對(duì)剪力墻約束邊緣構(gòu)件配箍特征值偏大的問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)某具體工程計(jì)算結(jié)果中在墻肢軸壓比小于0. 25情況下計(jì)算配筋僅為構(gòu)造配筋，而約束邊緣構(gòu)件配筋則高達(dá)40c㎡，造成設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋配置困難，施工難度更大，雖然在小高層設(shè)計(jì)不常見(jiàn)，但上述情況也反映出配箍特征值偏大的實(shí)際情況，故對(duì)剪力墻的配筋應(yīng)首先區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長(zhǎng)墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘?lái)區(qū)別對(duì)待。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0. 7%，一般部位0.5%；對(duì)于短肢剪力墻，應(yīng)按《高規(guī)》第7.1. 2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按《高規(guī)》控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋并不妥當(dāng)，

4.2.3 剪力墻的連梁

剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，雖然在計(jì)算中對(duì)其剛度進(jìn)行折減，但在地震作用下彎矩、剪力仍很大，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高。對(duì)于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對(duì)于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時(shí)則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計(jì)算圖形不符，相應(yīng)配筋亦較大，不合理。所以連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用輕質(zhì)材料砌筑。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí)，可再增加1根梁，2根梁之間用輕質(zhì)材料填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置，腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm，大部分連梁縱筋為4 14，箍筋為Φ8@100；個(gè)別連梁縱筋為4 16，箍筋為Φ8@ 100。

4.2.4 剪力墻的暗梁

對(duì)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，如剪力墻周邊僅有柱而無(wú)梁時(shí)，宜設(shè)置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因?yàn)橹苓呌辛褐募袅Γ拐鹦阅芤纫话慵袅σ谩＜袅Y(jié)構(gòu)則沒(méi)有這方面的要求，在墻板交接處設(shè)置暗梁對(duì)加強(qiáng)墻體整體性作用還是有利的，但究竟有多大則無(wú)從確定。因此在樓層位置設(shè)置暗梁雖然可行，但沒(méi)有必要設(shè)置太大斷面及配筋。該工程在地下室擋土墻頂面設(shè)置暗梁，斷面取墻厚×500mm，配筋上下各2 18。

5、結(jié)束語(yǔ)

小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈多樣化的趨勢(shì)，如何做到安全、經(jīng)濟(jì)需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過(guò)充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)把握結(jié)構(gòu)的整體性，科學(xué)布置剪力墻，合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

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