多层和高层剪力墙设计中部分常遇问题与解决措施

夏文龙

摘 要:由于剪力墙结构具有抗侧压刚度大、能有效减少侧移、具有较好的抗震性能等优点,因此,近年来,它在建筑结构设计中被广泛的应用,多用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。本文将主要针对多层和高层剪力墙设计中常见的问题进行分析,并提出解决措施。

关键词:多层高层剪力墙设计问题 解决措施

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0046-01

由于剪力墙结构具有抗侧压刚度大、能有效减少侧移和抗震能力强等特点,其主要表现在受力方面,由于剪力墙的刚度较大,所以在小震作用下结构的位移就会受到一定的限制,在高层建筑中作用更为显著;在地震作用下,其变形较小,破坏程度低,发生大地震时,剪力墙可以利用连梁和墙肢底部的塑性变形来消耗地震的能量。另外,由于剪力墙的最大间距受到限制,使建筑的使用空间也受到了相应的限制,结构自重较大,总高度不大时,结构材料的耗费也较多。因此,近几年多层与高层钢筋混凝土建筑中剪力墙被越来越广泛的应用。本文就将对剪力墙在多层高层建筑设计中遇到的问题进行分析,并提出相应的解决对策。

1 概述剪力墙结构

剪力墙结构是由墙肢与连梁构成的,常见的剪力墙结构包括“T”字型、“L”字型、“十”字型、“Z”字型、折线型。剪力墙结构主要具有以下特点:

(1)布置竖向构件时需结合建筑平面和间隔墙的位置;(2)墙的数量与墙肢的长短是根据抗侧力的需要而定的,其刚度的中心位置一般是采用不同的尺寸和布置来调整的;(3)连接各墙的梁,根据墙肢位置的不同可以设置在间隔墙的竖平面内,且能够隐藏;(4)利用中心剪力墙形成的抗侧力构件可以达到建筑平面抗侧力刚度的要求。

2 多层和高层剪力墙设计中常遇问题及措施

由于剪力墙有多种优点,所以被广泛的应用于多层及高层建筑的设计中。但是在多层及高层建筑中剪力墙的设计还是需要注意一些问题的。在进行剪力墙的设计过程中,常遇的问题主要是剪力墙布置与剪力墙截面设计两方面。下面我们将对这两方面需要注意的问题进行具体的分析,并提出相应的解决措施。

2.1 剪力墙的布置方面应注意的问题

剪力墙是主要的抗侧压力构件,因此其布置不仅要与相关规定相符,还必须为建筑具有良好抗震性打下基础。因此,剪力墙在布置的过程中,不仅要遵循“对称、均匀、周边、连续”的规定,还应该注意以下问题:

(1)双向布置剪力墙结构:剪力墙结构进行布置时,由于高层建筑物的空间工作性能较好,所以一般选择双向布置,而且应该避免单向布置,将纵横墙相连,从而使剪力墙彼此形成有翼缘的剪力墙,以此增加其刚度,并提高其塑性变形的能力。

(2)保证竖向刚度均匀:在剪力墙的布置过程中必须注意其竖向刚度与剪力墙布置的关系,假如剪力墙沿高度不连续的话,其刚度沿着高度的方向也会发生突变。所以,在布置剪力墙是必须自上而下连续进行。

(3)墙肢高宽比:为了避免剪力墙受到脆性破坏,在设计过程中通常将细高的剪力墙设计为受弯曲破坏的延性剪力墙。对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构而言,我们通常是利用开设洞口的方法将一道较长的墙体分为长度较均匀的墙段,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比应不小于2。

(4)剪力墙洞口的布置:剪力墙洞口的布置与剪力墙的力学性能有很大的关系,并对其有很大的影响,所以,在进行剪力墙洞口的布置时需注意以下要求:第一,剪力墙洞口需要成排成列的布置,并明确墙肢和连梁,洞口不能开设过大,以避免消弱剪力墙的承载力及刚度;第二,开洞时应尽量避开错洞剪力墙和叠合错洞墙,若是实在无法避免的时候,则应按照有限元方法仔细计算分析,从而在洞口采取相应的加强措施。

(5)连梁的跨高比设计:只有在进行剪力墙开洞形成跨高比小于5的连梁的设计时才按照相关的规定,对于跨高比不小于5的连梁则应按照框架梁进行设计。这样能确保连梁有较大的刚度,并且能够确定墙体的整体性能及增大其耗能能力。

(6)柱中线与梁、墙中线的设计:为了减少地震对柱的扭转作用,在设计柱中线、墙中线时,其宽度都不应大于柱宽的1/4。若是没有达到要求,则可以通过加水平腋或加强柱内配箍率等方式进行弥补。

2.2 剪力墙截面方面应注意的问题及预防策略

剪力墙截面设计中需注意的问题主要是剪力墙的最大剪压比限值、剪力墙的最小厚度、剪力墙的计算以及剪力墙的破坏和构造方面。

(1)剪力墙的最大剪压比限值:对于剪跨比大于2的剪力墙和跨高比大于2.5的连梁而言,剪压比不能大于0.2;对于剪跨比小于2的剪力墙和跨高比小于2.5的连梁而言,剪压比不能大于0.15。对剪压比要求较严格主要是因为剪跨比小的墙和跨高比小的连梁的剪切变形较大。为了避免剪压比超过一定值后,剪力墙出现斜向裂缝等情况,就只有在设计的过程中加大混凝土的强度等级,以及加厚墙、梁或墙的长度。但是梁的高度还是不宜过高,而且在计算墙肢剪跨比时弯矩和剪力均应该取地震作用下的效应组合的计算值。

(2)抗震剪力墙的最小厚度:抗震设计时,一、二级剪力墙的底部加强部位不应小于200mm,而且不应小于层高的1/16;其他情况下不应小于160mm,而且也不能小于层高的1/20;另外,框架-剪力墙结构的墙周边应设置梁或暗梁,并与端柱组成边框梁。

(3)剪力墙的计算:剪力墙的计算主要是对剪力墙的水平和竖直作用下的结构进行整体分析,然后将求得的内力采用偏压或偏拉的方式进行正、斜截面承载力的验算。在受到较大集中负荷作用处,应该对局部受压承载力进行验算。

(4)剪力墙的破坏和构造:当剪力墙的墙肢较长时,配筋就应该尽量将竖向钢筋布置在墙肢的两端,因为这时剪力墙的法向应力是呈线形分布的,其破坏形态与偏心受压柱相似;在设计过程中将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率,主要目的是为了防止剪切破坏和提高墙体的延性。在设计过程中,墙肢不能过小和过长,主要是为了避免斜压破坏以及截面应力相差过大的状况发生。另外,剪力墙结构不仅要承受水平方向的剪力和弯矩力,还要承担竖向压力。在轴力、弯矩、剪力的复合应力的工作状态下,其受到水平力的作用,近似于一个基础上底部嵌固的悬臂深梁。在地震作用或风载下,剪力墙不仅要满足刚度的要求,还需要满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求;而且,为了避免墙体发生脆性剪切力破坏,设计过程中应尽量将剪力墙设计为延性弯曲型。

3 结语

由于剪力墙具有抗侧压刚度大、有效减少侧移和抗震能力强等特点,因此,剪力墙在多层高层建筑中的使用也越来越广泛。而在进行剪力墙的设计时,只有将每一个步骤都根据规范进行操作才能让剪力墙将它所具有的优点发挥出来。总之,在剪力墙结构设计中应注意:选择适合的计算机软件,并合理的选择计算分析方法,确定计算模型和相关参数,并对计算结果的合理性进行判断。只要在剪力墙设计中将应注意的问题做到位,今后,剪力墙在高层多层建筑中的应用一定会得到更广泛的应用。

参考文献

[1] 赵海峰.钢筋混凝土剪力墙设计中需注意的问题[J].内蒙古石油化工,2011,37(7):93～94.

[2] 赵文彤,张文功.探讨多层高层剪力墙结构设计[J].科技致富向导,2011(7):147～223.