剪力墻結(jié)構(gòu)若干問題淺析

侯曉東（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000）

剪力墻結(jié)構(gòu)若干問題淺析

侯曉東（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000）

剪力墻布置和配筋問題是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。剪力墻的配筋主要注意：剪力墻的墻肢應(yīng)滿足最小配筋率和計算要求；剪力墻的約束邊緣構(gòu)件的箍筋、拉筋應(yīng)滿足體積配箍率要求；約束邊緣構(gòu)件、構(gòu)造邊緣構(gòu)件配筋應(yīng)滿足規(guī)范最小配筋量要求和計算要求；墻肢長度不大于4倍時，按柱配筋的有關(guān)要求；剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固問題。

剪力墻；剛度；約束邊緣構(gòu)件；構(gòu)造邊緣構(gòu)件；配筋；錨固

1 前 言

隨著城市化節(jié)奏快速發(fā)展和土地資源的緊缺,高層建筑成為目前的主流建筑。尤其是高層住宅建筑成為了土地資源日益緊缺的情況下改善人們居住環(huán)境的主流。常見的高層住宅結(jié)構(gòu)體系有剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好、抗側(cè)剛度大,在水平荷載作用下側(cè)移小；承載力容易滿足；墻面平整,沒有外露的梁和柱,便于住宅建筑室內(nèi)布置；經(jīng)過合理設(shè)計,剪力墻結(jié)構(gòu)可以成為抗震性能良好的延性結(jié)構(gòu),因此剪力墻結(jié)構(gòu)是高層住宅結(jié)構(gòu)的首選,目前上海一些多層住宅也開始逐步采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

然而很多設(shè)計師在設(shè)計過程中,對于剪力墻結(jié)構(gòu)體系并沒有完全掌握，對結(jié)構(gòu)分析不夠徹底,主要表現(xiàn)在：一方面剪力墻的布置不夠合理，結(jié)構(gòu)的剛度沒有很好的控制在合理的范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)的剛度不是越大越好,剪力墻布置較多,結(jié)構(gòu)的剛度將越大,雖然結(jié)構(gòu)的側(cè)移減小,但結(jié)構(gòu)的地震作用將增大,剪力墻結(jié)構(gòu)的延性沒有很好的發(fā)揮,也帶來了工程造價的提高。一般情況下剛度較大的剪力墻布置在結(jié)構(gòu)兩端，較短的剪力墻布置在中部，這樣即有利于提高結(jié)構(gòu)整體剛度，也有利于端墻防水。當(dāng)然剪力墻的布置應(yīng)考慮多方面的因素，并通過反復(fù)核算，既要滿足位移、扭轉(zhuǎn)等多方面的指標(biāo)，又要盡可能提高結(jié)構(gòu)的延性，最大限度滿足經(jīng)濟(jì)合理的要求。另一方面有些設(shè)計人員對剪力墻及邊緣構(gòu)件的配筋設(shè)計沒有很好的執(zhí)行規(guī)范的要求，也會影響到剪力墻性能的正常發(fā)揮。下面針對剪力墻的配筋問題進(jìn)行了一些整理和粗淺的分析。

2 剪力墻的墻肢應(yīng)滿足最小配筋率和計算要求

2.1 墻肢最小配筋率

在設(shè)計中常常遇到剪力墻配筋小于最小配筋率要求的問題。《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》[1]DGJ08-9-2013（以下簡稱《抗規(guī)》）第6.4.3條規(guī)定：1）一、二、三級抗震墻（文中抗震墻與剪力墻為同一概念）的豎向和橫向分布鋼筋均不應(yīng)小于0.25%，四級抗震墻分布鋼筋最小配筋率不應(yīng)小于0.20%。2）部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的落地抗震墻底部加強(qiáng)部位豎向及橫向分布鋼筋配筋率均不應(yīng)小于0.3%。現(xiàn)以三級抗震墻分布筋為φ8和φ10為例列出如表1，在設(shè)計中可以快速對照查找，確保墻肢配筋率滿足要求。

表1 不同剪力墻墻厚配φ8、φ10分布筋的配筋率（%）

表2 Swh范圍內(nèi)實(shí)際水平分布筋面積

2.2 剪力墻的墻肢的水平分布筋配筋面積

在SATWE的分析結(jié)果文件中剪力墻的水平分布筋的計算面積是用“HASwh”來表示的，如：H1.0、H1.5、H2.0等（即在Swh范圍之內(nèi)水平分布筋面積cm2）。下面以Swh=150和Swh=200時為例換算出實(shí)際水平分布筋面積如表2，表中查得剪力墻墻肢的實(shí)際水平分布筋配筋面積不應(yīng)小于SATWE的分析結(jié)果文件中計算面積。

注：表中數(shù)值為單根鋼筋面積×2（雙排）×Swh/表中的間距

2.3 短肢剪力墻的全部豎向鋼筋的配筋率

應(yīng)滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]JGJ3-2010（簡稱《高規(guī)》）第7.2.2條第5款的規(guī)定。

3 剪力墻的約束邊緣構(gòu)件的箍筋、拉筋的體積配箍率

圖1 約束邊緣構(gòu)件的截面

現(xiàn)將約束邊緣構(gòu)件的截面分為兩部分即：YBZ+墻身拉筋加強(qiáng)區(qū)（定義為Y區(qū)），如圖1中所示。

3.1 YBZ的體積配箍率

《高規(guī)》第7.2.15條規(guī)定，約束邊緣構(gòu)件體積配箍率ρv應(yīng)按下式計算：

ρv≥λv（fc/fyv）

式中 fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；混凝土強(qiáng)度等級低于C35時，應(yīng)取C35的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；fyv——箍筋、拉筋或水平分布筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；λv——配箍特征值，計算時可計入拉筋。計算體積配箍率時，可適當(dāng)計入滿足構(gòu)造要求且在墻端有可靠錨固的水平分布鋼筋的截面面積（但不應(yīng)大于總體積配箍率的30%）。

約束邊緣構(gòu)件配箍特征值λv與剪力墻抗震等級和墻肢在重力荷載代表值作用下的軸壓比有關(guān)，例如二、三級抗震等級當(dāng)約束邊緣構(gòu)件軸壓比μN(yùn)≤0.4時，λv=0.12；0.6＞μN(yùn)＞0.4時，λv=0.2 。約束邊緣構(gòu)件最小體積配箍率見表3。

在計算實(shí)際體積配箍率時，混凝土體積應(yīng)取箍筋范圍內(nèi)的核心體積。

3.2 Y區(qū)體積配箍率

規(guī)范[4]規(guī)定Y區(qū)的體積配箍率λv’=λv/2，可按表3中λv=0.2查得ρvmin，取ρvmin’=ρvmin/2 。在Lc0長度范圍內(nèi)布置拉筋水平間距同墻豎向鋼筋間距（s）、豎向間距同墻水平筋豎向間距（a），按表4取值。

在設(shè)計中可參考表4選用拉筋直徑，用下面計算式進(jìn)行驗(yàn)算：

AL=ρvmin’·a·s-2A·s/(h-30)

式中AL—單根拉筋面積；A—墻單根水平筋面積；h—墻厚度。

4 約束邊緣構(gòu)件、構(gòu)造邊緣構(gòu)件配筋應(yīng)滿足最小配筋量和計算要求

4.1 《抗規(guī)》表6.4.5-2和6.4.5-3中明確規(guī)定了約束邊緣構(gòu)件、構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的最小配筋量，以三級抗震剪力墻為例，構(gòu)造邊緣構(gòu)件加強(qiáng)區(qū)：0.006Ac 6φ12；其他區(qū)：0.005Ac 4φ12，約束邊緣構(gòu)件：0.01Ac 6φ14。實(shí)際上就明確了最小配筋率、最少根數(shù)和最小直徑。

表3 約束邊緣構(gòu)件體積配箍率ρvmin

表4 Y區(qū)拉筋選用表

4.2 滿足計算配筋量的要求，下面是摘自上海某住宅項目中的剪力墻的邊緣構(gòu)件配筋圖，

圖2 墻柱計算結(jié)果

圖3 邊緣構(gòu)件配筋圖

現(xiàn)將圖3所示的“L”形邊緣構(gòu)件劃分為圖4所示的兩個區(qū)，從圖2中可以看出邊緣構(gòu)件1區(qū)+2區(qū)縱筋面積應(yīng)≥16×2+11=43(cm2);實(shí)際配筋面積 13×4.91+3×1.54=68.4 (cm2), 滿 足 要 求。 翼 緣邊的配筋面積應(yīng)≥16×2=32(cm2)，實(shí)際配筋面積10×490+1×153=50 (cm2)，滿足要求。但配筋直徑級差太大，配筋不夠合理。

圖4 邊緣構(gòu)件配筋區(qū)劃示意圖

4.3 邊緣構(gòu)件的水平鋼筋配筋量應(yīng)滿足計算要求和規(guī)范規(guī)定的豎向間距要求，如圖2中所示翼緣邊（1區(qū)）的水平筋計算值為H2.4，實(shí)際配φ8@150，在計算書中設(shè)置為Swh=200，查表2中得H1.33，遠(yuǎn)未達(dá)到計算要求。2區(qū)的水平筋則容易滿足要求（因有本身的箍筋和部分墻體的水平分布筋可以計算在內(nèi)）。

4.3.1 墻肢長度不大于4倍時，按柱有關(guān)要求配筋問題

《抗規(guī)》第6.4.6條：抗震墻的墻肢長度不大于墻厚的4倍時，應(yīng)按柱的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[3]GB50011-2010第6.4.6條：抗震墻的墻肢長度不大于墻厚的3倍時，應(yīng)按柱的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計。兩者相比較應(yīng)按要求嚴(yán)格的執(zhí)行，即不大于4倍時，按柱的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計。關(guān)于這條規(guī)定，主要注意以下兩方面的問題：

一是按表6.3.7-2要求設(shè)置箍筋加密區(qū)，值得注意的是剪力墻邊緣構(gòu)件中的縱筋直徑較小，箍筋加密區(qū)最大間距要受到8d的限制。例如，當(dāng)縱筋為φ12時，8d=8×12=96mm，間距取100mm就不能滿足要求，而應(yīng)取95mm或更小。

圖5 按柱要求配筋的墻肢示例

二是《抗規(guī)》第6.3.7條：柱縱向鋼筋的最小總配筋率應(yīng)按表6.3.7-1采用，同時每一側(cè)配筋率不應(yīng)小于0.2%。以三級抗震等級為例，中柱和邊柱總最小配筋率為0.6（鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值小于400MPa時，應(yīng)增加0.1，鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等于400MPa時，應(yīng)增加0.05），這和剪力墻邊緣構(gòu)件最小配筋率的要求相差不大，若滿足了邊緣構(gòu)件的縱筋最小配筋量的要求，按柱要求縱筋也基本能滿足。這里重點(diǎn)是每一側(cè)配筋率不應(yīng)小于0.2%的要求應(yīng)值得重視，如圖5中所示：墻肢長寬比（475+200）/200=3.37＜4 應(yīng)按柱要求進(jìn)行配筋設(shè)計：

1）應(yīng)設(shè)箍筋加密區(qū)，加密區(qū)箍筋間距取95mm或90mm。

2） 墻 肢 總 配 筋 率：（8×113.1+2×78.5）/200×675=0.78% 滿足要求。

3）一邊配筋率：2×113.1/200×675=0.167% 不滿足0.2%的要求。縱筋直徑采用φ10，不滿足《抗規(guī)》表6.4.5-2的要求。

圖6 剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固示意圖

4.3.2 剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固問題

有時設(shè)計人員僅將剪力墻水平分布筋錨入邊緣構(gòu)件中或與邊緣構(gòu)件箍筋搭接，這種做法不符合規(guī)范要求。邊緣構(gòu)件（包括端柱）并不是剪力墻墻身的支座，其本身是剪力墻的一部分，它與剪力墻墻身之間的連接不是不同構(gòu)件之間的連接，不能套用梁與柱連接的做法。應(yīng)將水平分布筋伸至墻肢端部，并垂直彎折15d（對端柱當(dāng)錨入長度不小于La或Lae時可不彎折），如圖6所示（詳見《建筑工程施工圖審查常見問題詳解》結(jié)構(gòu)專業(yè)[5]第74頁）。

[1]同濟(jì)大學(xué).《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》DGJ08-9-2013上海2013

[2]中國建筑科學(xué)研究院.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010 中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]中國建筑科學(xué)研究院.《混凝土結(jié)構(gòu)技設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010 中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5]李永康 馬國柱.《建筑工程施工圖審查常見問題詳解》-結(jié)構(gòu)專業(yè) 機(jī)械工業(yè)出版社，2013

Analysis on several problems of shear wall structure

Shear reinforcement layout and structure is the key problem of shear shear wall structure design,shear wall reinforcement major NOTE:limb shear wall should meet the minimum reinforcement ratio and computational requirements;shear wall stirrups bound edge member, stretch stirrup ratio should meet the volume requirements; bound edge components, structural reinforcement edge members should meet the specification requirements and calculating the amount of the minimum reinforcement requirements; pier length of time of not more than four-fold, according to the column the relevant requirements of reinforcement problem; horizontal distribution of shear reinforcement at the edge of the anchor component problems.

shear wall；stiffness；constrained edge member；structural edge member； reinforcement；anchorage

TU398

B

1003-8965（2017）04-0073-03