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【摘 要】根据2002年开始实施的建筑结构新规范,对剪力墙的边缘构造和配筋问题进行分析,当规范标准之间有矛盾时,应分情况进行处理。
【关键词】剪力墙;边缘构件;混凝土
Problems analysis in shear wall design
Ding Feng1, Li Hua-liang1、2
(1, Zibo City Planning and Design Institute Zibo Shandong 255000;2. Zibo High-tech Zone government investment construction center Zibo Shandong 255000)
【Abstract】According to 2002 structure began building the new specification, the edge of the wall construction and reinforcement analysis of the problem, when there are contradictions between the normative standards, should be treated in minutes.
【Key words】Shear wall; Edge components; Concrete
当前我国经济飞速发展,全国各地房地产市场火爆,而国家实行土地压缩政策,对土地的审批严格控制,鼓励进行旧城改造,由于开发用地越来越少,土地价格越来越高,使得建筑物由原来的多层向高层发展。这二、三年来,大中城市中的高层建筑越来越多,设计人员接触的高层建筑的结构形式大多为剪力墙结构、框-剪结构、框-筒结构,基本都离不开剪力墙。现我将这两年来对于剪力墙的几点理解介绍如下:
1. 剪力墙的边缘构造
1.1 结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差;计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性;因此在矩形墙两端设边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性,还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙(柱)、转角墙(柱),也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。
1.2 对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱,有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱,而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱(翼墙柱)的截面取值也出现了不同尺寸,因此造成配筋的差别很大,甚至相同的资料由于出版的时间不同,对规范的理解也有所不同。我认为一片墙的墙端必须设暗柱,而洞口边是否设暗柱应视情况而定。
(1)当剪力墙开有非连续小洞口,各边长度不大于800mm,且在整体计算中不考虑其影响时,应按《高规》JGJ3-2002第7.2.27条进行处理。
(2)当剪力墙开洞面积大于墙体总面积的16%,连梁刚度远小于墙肢刚度为联肢墙时,洞口边应设暗柱,并按《抗规》GB50011-2001(2008年版)第6.4.6条进行处理。
(3)在以上两种情况之间时,规范并没有规定,我认为应设暗柱,但应按构造边缘构件进行处理。
1.3 从2002年开始实施的建筑结构规范,根据结构类型及受力状况,对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘,按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。
《抗规》规定抗震墙结构、部分框支抗震墙中落地剪力墙当一、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件;但对于一般抗震墙结构(除部分框支墙外)当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。《抗规》未明确框架-剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等级和轴压比界限值;但根据《砼规》第11.7.14条我理解框架-剪力墙不受一、二抗震等级限制,凡底部加强区及其上一层当不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、“砼规”和“高规”设计约束边缘构件时,框剪结构、框支结构、框筒结构的要求应严于一般剪力墙结构,因此规范要求的条件也就多了一些,设计中应引起注意。由于各规范标准的的编写出版、发布、实施的时间不同,加上编写人认识上的差别,各规范在一些条文内容上还存在不协调和不一致的地方。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比,也要复核长墙肢的轴压比:抗震墙结构中,当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2,所以一般除9度地震区外,都可以不设约束边缘构件(高层底部加强区除外),只需设计构造边缘构件,不少设计都忽视了这点,造成浪费。
1.4 规范标准之间矛盾问题举例 。
(1)《抗规》第6.4.7条规定暗柱截面长度仅需满足bw及≥400mm,不要求满足lc/2,在翼墙(柱)中只要求满足壁柱≥300mm,不受墙厚bw的限制,而与“砼规”的要求矛盾。我认为《抗规》的规定比较合理;实际工程中按现行规范要求需要设暗柱之处绝大部位为对门窗洞口边缘的加强,其墙肢属于联肢墙,非一字型矩形墙体,联肢墙连梁起耗散地震能量作用,受力状况和延性较好,在整体受力时当洞口较小时,往往墙体显槽形截面,因此在剪力墙结构中除设置角窗处外,暗柱截面尺寸不必过大;而翼墙(柱)处实际上只是建筑横墙肢的端边缘,不属纵墙肢的端边缘,在纵向水平力作用下,纵向墙法向应力呈线性分布,纵墙肢受力似同偏压柱;横纵交点处刚度,约束性能好,因此对于翼墙(柱)的截面取值也没必要过大;截面过大的暗柱和翼柱往往还容易形成连在一起,造成纵墙竖向配筋增加过多。但转角墙(柱)则是剪力墙很重要的部位,必须严格遵守规范的规定。
(2)构造边缘构件虽然“抗规”、“砼规”和“高规”都规定了配筋要求,但比较三本标准所给出的配筋要求的表格中的内容则是矛盾的,是不协调的;我认为《砼规》表11.7.16的要求比较合理。而“抗规”和“高规”表中的配筋要求是不够合理或是不够严密的。还应指出三本规范中所给出的纵向构造筋的数量4根或6根是不实际的;例如对于转角墙(柱)的纵向筋数量,由于墙纵向筋的间距不宜大于300,又受墙厚限制,角柱的最小的纵向筋应为8根,当墙厚≥300时则最少需要12根,不会出现4根或6根的情况。
2. 剪力墙结构的配筋问题
墙体的配筋率,目前在《砼规》第11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中,竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%;部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3%;这配筋率比其在80年代前的配筋率0.07~0.1%要大多了,和国外的配筋率0.1~0.25%的高者基本接轨,这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的,但对于低矮、短小的剪力墙值得探讨。
墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。
墙的竖向钢筋主要起抗弯作用,目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋;但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋,笔者认为竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋,墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距≦300mm,也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度,造成剪切破坏,对抗震不利。
参考文献
[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2001(2008年版)
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002
[3] 混凝土结构设计规范GB50010-2002
[文章编号]1006-7619(2010)05-12-415
[作者简介]丁锋(1974.12-),男,工程师,结构设计,淄博市规划设计研究院。
【关键词】剪力墙;边缘构件;混凝土
Problems analysis in shear wall design
Ding Feng1, Li Hua-liang1、2
(1, Zibo City Planning and Design Institute Zibo Shandong 255000;2. Zibo High-tech Zone government investment construction center Zibo Shandong 255000)
【Abstract】According to 2002 structure began building the new specification, the edge of the wall construction and reinforcement analysis of the problem, when there are contradictions between the normative standards, should be treated in minutes.
【Key words】Shear wall; Edge components; Concrete
当前我国经济飞速发展,全国各地房地产市场火爆,而国家实行土地压缩政策,对土地的审批严格控制,鼓励进行旧城改造,由于开发用地越来越少,土地价格越来越高,使得建筑物由原来的多层向高层发展。这二、三年来,大中城市中的高层建筑越来越多,设计人员接触的高层建筑的结构形式大多为剪力墙结构、框-剪结构、框-筒结构,基本都离不开剪力墙。现我将这两年来对于剪力墙的几点理解介绍如下:
1. 剪力墙的边缘构造
1.1 结构试验表明矩形截面剪力墙的延性比工字形或槽形截面剪力墙差;计算分析表明增加墙肢截面两端的翼缘能显著提高墙的延性;因此在矩形墙两端设边缘构件不但能较显著地提高墙体的延性,还能防止剪力墙发生水平剪切滑动提高抗剪能力。从89规范开始在剪力墙中提出了暗柱、端柱、翼墙(柱)、转角墙(柱),也就是目前规范中的约束边缘构件或构造边缘构件的抗震措施。
1.2 对规范的不同理解往往产生了五花八门的设计。有人将每一轴线的墙理解为一片墙仅在端墙设暗柱,有人将凡是拐角或洞口边都设暗柱,而即使是公开发表出版的权威参考书或设计手册对暗柱(翼墙柱)的截面取值也出现了不同尺寸,因此造成配筋的差别很大,甚至相同的资料由于出版的时间不同,对规范的理解也有所不同。我认为一片墙的墙端必须设暗柱,而洞口边是否设暗柱应视情况而定。
(1)当剪力墙开有非连续小洞口,各边长度不大于800mm,且在整体计算中不考虑其影响时,应按《高规》JGJ3-2002第7.2.27条进行处理。
(2)当剪力墙开洞面积大于墙体总面积的16%,连梁刚度远小于墙肢刚度为联肢墙时,洞口边应设暗柱,并按《抗规》GB50011-2001(2008年版)第6.4.6条进行处理。
(3)在以上两种情况之间时,规范并没有规定,我认为应设暗柱,但应按构造边缘构件进行处理。
1.3 从2002年开始实施的建筑结构规范,根据结构类型及受力状况,对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘,按墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。
《抗规》规定抗震墙结构、部分框支抗震墙中落地剪力墙当一、二级抗震时底部加强部位及相邻的上一层均应按要求设置约束边缘构件;但对于一般抗震墙结构(除部分框支墙外)当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件。《抗规》未明确框架-剪力墙结构中的剪力墙需设置约束边缘构件时抗震墙的抗震等级和轴压比界限值;但根据《砼规》第11.7.14条我理解框架-剪力墙不受一、二抗震等级限制,凡底部加强区及其上一层当不满足轴压比限界时则均应设约束边缘构件。综合分析“抗规”、“砼规”和“高规”设计约束边缘构件时,框剪结构、框支结构、框筒结构的要求应严于一般剪力墙结构,因此规范要求的条件也就多了一些,设计中应引起注意。由于各规范标准的的编写出版、发布、实施的时间不同,加上编写人认识上的差别,各规范在一些条文内容上还存在不协调和不一致的地方。在此必须指出设计中不但要复核短墙肢轴压比,也要复核长墙肢的轴压比:抗震墙结构中,当层数在15层以内时其墙肢轴压比一般都小于0.2,所以一般除9度地震区外,都可以不设约束边缘构件(高层底部加强区除外),只需设计构造边缘构件,不少设计都忽视了这点,造成浪费。
1.4 规范标准之间矛盾问题举例 。
(1)《抗规》第6.4.7条规定暗柱截面长度仅需满足bw及≥400mm,不要求满足lc/2,在翼墙(柱)中只要求满足壁柱≥300mm,不受墙厚bw的限制,而与“砼规”的要求矛盾。我认为《抗规》的规定比较合理;实际工程中按现行规范要求需要设暗柱之处绝大部位为对门窗洞口边缘的加强,其墙肢属于联肢墙,非一字型矩形墙体,联肢墙连梁起耗散地震能量作用,受力状况和延性较好,在整体受力时当洞口较小时,往往墙体显槽形截面,因此在剪力墙结构中除设置角窗处外,暗柱截面尺寸不必过大;而翼墙(柱)处实际上只是建筑横墙肢的端边缘,不属纵墙肢的端边缘,在纵向水平力作用下,纵向墙法向应力呈线性分布,纵墙肢受力似同偏压柱;横纵交点处刚度,约束性能好,因此对于翼墙(柱)的截面取值也没必要过大;截面过大的暗柱和翼柱往往还容易形成连在一起,造成纵墙竖向配筋增加过多。但转角墙(柱)则是剪力墙很重要的部位,必须严格遵守规范的规定。
(2)构造边缘构件虽然“抗规”、“砼规”和“高规”都规定了配筋要求,但比较三本标准所给出的配筋要求的表格中的内容则是矛盾的,是不协调的;我认为《砼规》表11.7.16的要求比较合理。而“抗规”和“高规”表中的配筋要求是不够合理或是不够严密的。还应指出三本规范中所给出的纵向构造筋的数量4根或6根是不实际的;例如对于转角墙(柱)的纵向筋数量,由于墙纵向筋的间距不宜大于300,又受墙厚限制,角柱的最小的纵向筋应为8根,当墙厚≥300时则最少需要12根,不会出现4根或6根的情况。
2. 剪力墙结构的配筋问题
墙体的配筋率,目前在《砼规》第11.7.11条文强制规定在一、二、三级抗震等级的剪力墙中,竖向和水平分布筋的最小配筋率均不应小于0.25%;部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率不应小于0.3%;这配筋率比其在80年代前的配筋率0.07~0.1%要大多了,和国外的配筋率0.1~0.25%的高者基本接轨,这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的,但对于低矮、短小的剪力墙值得探讨。
墙的水平分布筋是为横向抗剪以防止墙体在斜裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗温度应力防止砼出现裂缝,设计中当建筑物较高较长或框剪结构时配筋宜适当增加,特别在连梁部位或温度、刚度变化等敏感部位宜适当增加。但对于矮、短的房屋,其水平筋的配筋率是否适当减小值得探讨。
墙的竖向钢筋主要起抗弯作用,目前在一些多层低高层剪力墙中电算结果多为构造配筋;但配筋时所取的配筋率有人往往扣除了约束边缘构件或构造边缘构件中的钢筋,笔者认为竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋,墙肢的竖向配筋原则也应该尽量将钢筋布置在墙端部边缘区并保证钢筋间距≦300mm,也应该注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度,造成剪切破坏,对抗震不利。
参考文献
[1] 建筑抗震设计规范GB50011-2001(2008年版)
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002
[3] 混凝土结构设计规范GB50010-2002
[文章编号]1006-7619(2010)05-12-415
[作者简介]丁锋(1974.12-),男,工程师,结构设计,淄博市规划设计研究院。