对房屋剪力墙结构设计问题的思考

对房屋剪力墙结构设计问题的思考 摘要目前，越来越多的剪力墙结构小高层住宅楼拔地而起，但是，随之而来的是我们发现这些剪力墙结构小高层在施工质量上还存在着一些质量通病，主要表现为剪力墙板混凝土成型质量差、混凝土实体回弹检测强度不高等。本文根据工程实际并结合2001版规范和其他相关资料，论述了底层框剪结构的设计方法说明了一些注意事项。 关键词剪力墙结构 过渡楼层 侧移刚度比 0 引言 对于12～16层的小高层建筑结构，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。所以剪力墙结构得以普遍应用。剪力墙的受力、变形特征，类似以框剪结构。但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。目前，越来越多的剪力墙结构小高层住宅楼拔地而起，但是，随之而来的是我们发现这些剪力墙结构小高层在施工质量上还存在着一些质量通病，主要表现为剪力墙板混凝土成型质量差、混凝土实体回弹检测强度不高等。 1 剪力墙结构的基本含义 剪力墙结构的定义①剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙；②高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构；③剪力墙较多时，应布置筒体，形成剪力墙与筒体共同抵抗水平力的剪力墙结构。 剪力墙结构的必要条件抗震设计时，墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50。 剪力墙结构的下限当墙较少时，如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15～40，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。 2 剪力墙房屋的设计 根据2001版抗震设计规范要求，对于底层框架剪力墙结构应强调抗震概念设计以及抗震构造措施的重要性。相对于89版规范，其放宽了结构总高和层数限制，增加了底部两层框架结构并提出了过渡层概念。进一步提高了底层框架剪力墙结构的性能。 选择有利的建筑形式 在抗震设计中，建筑平面应尽可能简洁、规则，结构的刚心与质心相一致，以减少地震作用下结构产生的扭转效应。剪力墙的方案布置、墙量的多少、墙片的大小应合理。由于底部框墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。因此在剪力墙布置方案上一定要坚持均匀、对称、周边、分散的原则，墙片不宜过长，应以墙片高宽比左右为为宜，墙片平面形式不宜采用提高抗侧刚度的“Ｌ”“Ｔ”等平面形式，而是尽可能采用“一”字形。这是因为只有弱化每一单片剪力墙的刚度，才有可能实现均匀分散多道设防的目标。同时还应控制剪力墙的最大间距，以期符合规范的要求。纵向抗震墙还应在外纵轴布置开窗洞的抗震墙或剪力墙，这样大大增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。 建筑高度和层数的限值 以往震害资料及文献的分析表明，底层框架剪力墙房屋的震害随着楼层数的增加而加剧。因此底层框架剪力墙结构应满足高度和层数的限值。2001版规范规定，6，7度区22米7层，8度区19米6层。所谓房屋总高度是指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。半地下室从室内算起，全地下室或嵌固条件好的半地下室应从室外地面算起。带阁楼的坡屋面应算到山间墙的1/2高度处。室内外高差大于6米时，房屋总高度应允许适当增加，但不超过1米。 严格遵守抗震规范对不同设防烈度的第二层与第一层侧移刚度比的限值规定在历次地震中，底层框架房屋结构之所以发生严重破坏，其原因就在于底层层间刚度与上部层间刚度比过于悬殊。当地震作用集中在底层时，由于底层较上部结构小得多的侧移刚度，造成非常突出的底层弹塑性变形集中现象。因此，控制底层与上部侧移刚度比是很必要的。 规范给出了不同设防烈度下上层与底层侧移刚度比的限值，6、7度时不应，8度不应且均不应。 底层框架柱网的设置 底层应为全框架，至少应是框架形式，即在内柱纵、横轴线的内、外墙中均设柱或构造柱，且纵横两向均应形成框架形式。底部框架结构的柱网不宜过大，一般控制在ｍ左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间ｍｍ或ｍｍ，大于ｍ，已为大开间，其面积比受到规范限制，无论上部为住宅楼，还是办公楼，上述跨度对应的上部开间尺寸足以满足砌体结构所能实现的功能。而且可以控制框架梁上仅有一道悬墙。同时考虑底部框架梁横断面高度取值应控制在1／5～1／8梁跨，如果柱网过大，会使梁断面及配筋出现异常现象，而上部悬墙数目增多，更会加重这种现象。控制柱网尺寸，给出规定限值，限制框架梁上的悬墙数目，对底层框架剪力墙结构来说非常重要。 过渡楼层设计 底层框架剪力墙结构具有较好的承载、变形和耗能能力，其破坏状态一般为延性破坏；上部砖房部分虽具有一定的承载能力，但变形和耗能能力相对较差，其破坏状态多为脆性破坏。在上部砖房中，过渡楼层墙体承受地震剪力和倾覆力矩最大，受力最为不利。此外，在竖向均匀荷载作用下，过渡楼层墙体处于压剪或拉剪应力状态。因此当有水平荷载作用时，过渡楼层墙体与落地墙体相比，其抗裂性能和水平承载力均相应降低。试验表明，在竖向及反复水平荷载作用下，过渡楼层墙体的水平承载力约降低20～30。过渡楼层墙体的水平承载力验算按式 Ｖ≤βfVEA/γRE 1 fVE1/ 2 ＡＡＷ∑ηiGC /ＧＷＡci 3 β1/{1ｈb /ｌσ0ｆV V} 4 式中β水平承载力降低系数； σ0对应于重力荷载代表值的墙体截面平均压应力，Ｎ/ｍｍ2； fv砌体的抗剪强度平均值，Ｎ/ｍｍ2； hb托梁的截面高度，ｍｍ； I托梁的计算跨度ｍ，对两跨不等跨梁，I取较大跨的跨度；对跨中设置构造柱的梁，I以1/2代入； ＡＷ墙体扣除混凝土构造柱及洞口后的水平截面面积，ｍ2； Ａci混凝土构造柱的截面面积，ｍ2； Ｇe，ＧＷ混凝土和砌体的切变模量，Ｎ/ｍｍ2； ηi 构造柱抗剪参与系数，中柱包括边中柱取04，边柱取03； γRE承载力抗震调整系数，当Ａ按式3计算时，γRE可取10；当计算中不考虑混凝土构造柱即将混凝土构造柱按相同截面的砖砌体计算时，γRE可取09。 如按落地墙体的方法验算其水平承载力，当竖向荷载或托梁高跨比较小时，将会过高地估计过渡楼层墙体的抗震承载力，造成结构抗震可靠性降低。过渡楼层应每开间设置构造柱和圈梁，形成弱框架体系，以增强过渡楼层传递地震剪力的能力，同时还将大大增加延性和耗能能力。