混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

馬智英，關(guān)洪成

（1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研航規(guī)北工（北京）工程咨詢(xún)有限公司，北京100013；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研科技股份有限公司，北京100013）

1 剪力墻結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的配筋問(wèn)題

鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在民用建筑中應(yīng)用廣泛，本文針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的問(wèn)題和設(shè)計(jì)要點(diǎn)做以下分析。

如圖1～圖3所示，墻體配筋底與計(jì)算信息中設(shè)置的參數(shù)一致。

1）剪力墻的水平鋼筋配筋數(shù)值應(yīng)與參數(shù)“墻體水平分布筋最大間距”的間距設(shè)置一致。

圖3中墻體水平鋼筋計(jì)算結(jié)果為H1.0，對(duì)于圖1的參數(shù)，設(shè)置為墻體水平分布筋最大間距為200mm，實(shí)配鋼筋為φ8mm@200mm；對(duì)于圖2，參數(shù)設(shè)置為150mm時(shí)，配筋應(yīng)該為φ8mm@150mm，如果實(shí)配鋼筋要保持水平鋼筋間距為200mm，則要按1.33的系數(shù)把H1.0換算為H1.33，實(shí)配φ10mm@200mm（相當(dāng)于H1.57）才能滿(mǎn)足要求【1】。

2）墻豎向鋼筋的配筋值應(yīng)滿(mǎn)足墻豎向分布筋的最小配筋率。

圖1 設(shè)計(jì)參數(shù)示例一

圖2 設(shè)計(jì)參數(shù)示例二

圖3 計(jì)算結(jié)果輸出一

（1）程序默認(rèn)豎向分布筋為最小配筋率0.25%，典型墻厚的最小配筋率對(duì)應(yīng)的配筋值見(jiàn)表1。

表1 典型墻厚的最小配筋率對(duì)應(yīng)的配筋值

（2）局部樓層指定配筋率，實(shí)配鋼筋應(yīng)與計(jì)算參數(shù)設(shè)定的配筋率保持一致。

圖1和圖2中局部樓層的豎向分布筋配筋率參數(shù)設(shè)定為0.40%，相應(yīng)樓層的暗柱縱筋的計(jì)算值也是依據(jù)0.4%的墻體豎向鋼筋配筋率的計(jì)算結(jié)果，此時(shí)，若豎向鋼筋的實(shí)配值不滿(mǎn)足指定的配筋率時(shí)，暗柱縱筋的計(jì)算結(jié)果沒(méi)有意義。

3）暗柱的最小配筋見(jiàn)表2～表4。

表2 約束邊緣構(gòu)件的最小縱筋

表3 底部、非底部加強(qiáng)區(qū)的構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最小縱筋

表4 預(yù)制墻板構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱向連接鋼筋的最小鋼筋

（1）暗柱的計(jì)算配筋為0，實(shí)配鋼筋仍要滿(mǎn)足最小配筋的要求。如圖4所示。

圖4 計(jì)算結(jié)果輸出二

一般情況下，當(dāng)墻厚為200mm，縱筋的間距為150～200mm，縱筋的直徑采用φ16mm時(shí)，暗柱的配筋率大概是1.2%，直徑為采用φ14mm時(shí)，配筋率約為0.95%，直徑采用φ12mm時(shí)，配筋率約為0.7%。如果暗柱的縱筋是由最小配筋率控制，可以按照上述的統(tǒng)計(jì)規(guī)律大概判斷是否滿(mǎn)足最小配筋率。

（2）圖5為計(jì)算最小配筋率時(shí)暗柱采用的最小截面尺寸。如果由于暗柱邊有洞口等原因，暗柱的個(gè)別尺寸不能滿(mǎn)足圖5所示的標(biāo)準(zhǔn)暗柱尺寸，如圖6所示，此時(shí)當(dāng)暗柱的縱筋由最小配筋率決定時(shí)，在計(jì)算應(yīng)配鋼筋面積時(shí)，暗柱的面積仍按標(biāo)準(zhǔn)面積計(jì)算，以避免配筋數(shù)量不足。

4）獨(dú)立暗柱要同時(shí)滿(mǎn)足暗柱的配箍率和墻體的水平鋼筋計(jì)算值。

圖7為某工程底層剪力墻暗柱的平面布置圖，YBZ6和YBZ9為無(wú)墻肢的獨(dú)立暗柱，暗柱的厚度為200mm。混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40，剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)，墻肢的軸壓比超過(guò)了0.3（見(jiàn)圖8），暗柱應(yīng)該為約束邊緣構(gòu)件，根據(jù)表3，這2個(gè)暗柱的最小體積配箍率應(yīng)為0.64。一般情況下，200mm厚的墻體，箍筋和拉筋為φ8mm@150mm時(shí)，實(shí)際體積配箍率大概為0.7，可以滿(mǎn)足暗柱最小體積配箍率。但是，YBZ6和YBZ9為無(wú)墻肢的獨(dú)立暗柱，還需要同時(shí)滿(mǎn)足墻體的水平抗剪鋼筋

圖5 標(biāo)準(zhǔn)暗柱尺寸

圖6 非標(biāo)準(zhǔn)的暗柱尺寸

圖7 獨(dú)立暗柱平面圖

圖8 獨(dú)立暗柱的軸壓比

的計(jì)算值，如圖9所示，YBZ6為H2.2，YBZ6為H2.3，暗柱的箍筋φ8mm@150mm相當(dāng)于H1.33，不滿(mǎn)足墻肢抗剪要求【2】。

如果獨(dú)立暗柱的箍筋采用φ12mm@150mm，如圖10所示，相當(dāng)于H3.0，滿(mǎn)足水平抗剪鋼筋的計(jì)算值H2.2和H2.3。當(dāng)然，暗柱內(nèi)的拉筋仍采用φ8mm@150mm。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁剪壓比超限常用的處理方法

JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中7.2.26提出幾種處理連梁剪壓比超限的措施：

1）減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施；

圖9 獨(dú)立暗柱計(jì)算結(jié)果

圖10 暗柱的配筋示例

2）對(duì)連梁剛度折減或者連梁兩端的彎矩進(jìn)行調(diào)幅；

3）當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響時(shí)，可按獨(dú)立墻肢的計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行第二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析，墻肢截面應(yīng)按2次計(jì)算的較大值計(jì)算配筋。

在實(shí)際操作中可以采用如下措施：

1）針對(duì)上述第1）條，可以采用雙連梁或者連梁+低配筋混凝土墻等措施減少連梁的截面高度。

2）針對(duì)上述第3）條，可以按不考慮連梁剛度的獨(dú)立墻肢的模型進(jìn)行二次內(nèi)力分析計(jì)算。由于不考慮連梁剛度會(huì)導(dǎo)致截面模型的整體剛度減小，水平地震作用力也會(huì)相應(yīng)減小，所以，墻肢的配筋應(yīng)該按照是否考慮連梁剛度2種計(jì)算模型的結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)配筋。

不考慮連梁剛度可以采取在連梁兩端點(diǎn)鉸或者把連梁剛度折減系數(shù)設(shè)置為0.1兩種方法【3，4】。

3）采用北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編寫(xiě)的《建筑結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)技術(shù)措施》附錄G提供的方法。

（1）按照J(rèn)GJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的公式計(jì)算超限連梁的最大受剪承載力：對(duì)于跨高比大于2.5的連梁：

式中，V為剪力設(shè)計(jì)值；fc為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；bb和hb0分別為梁寬和有效梁高；γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)；βc為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)。

對(duì)于跨高比不大于2.5的連梁：

（2）把剪壓比超限的連梁的截面尺寸減小，經(jīng)重新計(jì)算，使得減小截面尺寸后的連梁的剪力不大于經(jīng)過(guò)式（1）或式（2）計(jì)算得出的V（注：僅控制連梁截面減小之后的剪力不大于式（1）或式（2）計(jì)算得出的V，對(duì)其是否剪壓比超限不做控制）。

（3）如果由于結(jié)構(gòu)模型剛度改變出現(xiàn)了新的剪壓比超限的連梁，重復(fù)上述方法，控制其截面減小之后的梁端剪力不大于式（1）或式（2）計(jì)算得出的V。

（4）由剪力V反推出連梁的受彎承載力M，公式如下：

式中，η為連梁剪力的增大系數(shù)，一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1；Ln為梁的凈跨。

按未減小截面尺寸的原連梁及受彎承載力M配受彎縱筋。

式中，As為連梁的縱向鋼筋；fy為鋼筋的屈服強(qiáng)度；hb0為連梁的有效高度。

該方法的實(shí)質(zhì)是彎矩調(diào)幅，把連梁的端部負(fù)彎矩調(diào)幅到小于由連梁的最大剪壓比確定的其所能承擔(dān)的彎矩值。

（5）對(duì)于框架剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)連梁的寬度較大時(shí)可以在連梁中增加交叉斜向鋼筋或斜撐【5】。

增加交叉斜向鋼筋或斜撐之后，連梁的剪壓比計(jì)算公式為：

與上面的式（1）和式（2）相比，增加交叉斜向鋼筋或斜撐之后剪壓比的限值提高了。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些基本原則

1）當(dāng)上部主體結(jié)構(gòu)嵌固在混凝土地下室頂板時(shí)，地下1層的混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)相同。

2）地下1層以下樓層抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低。

3）計(jì)算彈性層間位移角時(shí)，可以采用連梁不折減的模型計(jì)算結(jié)果。

4）調(diào)整信息：裝配式結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆部分地震內(nèi)力放大系數(shù)為1.1。

4 其他注意事項(xiàng)

1）地基處理后的地基抗震承載力的提高系數(shù)的取值在按照GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）的表4.2.3選取時(shí)，表中的fak應(yīng)為天然土層的fak。

2）對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)地下1層頂板或者地下工程的地下1層的頂板，無(wú)論有無(wú)柱帽，根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)地下室無(wú)梁樓蓋工程質(zhì)量安全管理的通知》（住建部建辦質(zhì)〔2018〕10號(hào)），需要設(shè)置暗梁，暗梁構(gòu)造參照GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）第6.6.4條第1款：暗梁的寬度取柱寬及柱兩側(cè)各不大于1.5倍板厚，暗梁支座上部鋼筋面積應(yīng)不少于柱上板帶鋼筋面積的50%，暗梁下部鋼筋不宜少于上部鋼筋的50%，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不宜大于3/4倍板厚，肢距不宜大于2倍板厚，在暗梁兩端應(yīng)加密【6】。

通過(guò)柱截面或柱帽沖切錐體范圍內(nèi)的板底連續(xù)鋼筋作為暗梁下鐵，其總截面積還應(yīng)滿(mǎn)足6.6.4條第3款要求：

式中，As為柱2個(gè)方向的單側(cè)鋼筋面積之和，即兩側(cè)鋼筋的面積之和而不是4個(gè)方向鋼筋面積之和；NG為柱子在負(fù)載范圍內(nèi)的重力荷載代表值下的軸力；fy為鋼筋的屈服強(qiáng)度。

3）高寬比大于4.0的裝配式結(jié)構(gòu)，應(yīng)補(bǔ)充結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度水平地震作用下的內(nèi)力分析，并宜避免預(yù)制墻板構(gòu)件出現(xiàn)小偏心受拉。分析時(shí)，可采用彈性假設(shè)計(jì)算，荷載的分項(xiàng)系數(shù)可取1.0；不過(guò)，出現(xiàn)小偏心受拉時(shí)預(yù)制墻板構(gòu)件平均拉應(yīng)力不應(yīng)大于預(yù)制墻板構(gòu)件混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

5 結(jié)語(yǔ)

由以上分析可以看出，混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式之一，掌握好墻肢和連梁的剛度關(guān)系，正確確定約束邊緣構(gòu)件的層次及其與軸壓比之間的關(guān)聯(lián)性，把控好墻肢的配筋率等都是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的要點(diǎn)，也是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵之處。