裝配式建筑工程知識分享：對房屋剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的思考

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本含義

剪力墻結(jié)構(gòu)的定義：①剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻;②高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu);③剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體(或一般剪力墻)，形成剪力墻與筒體(或一般剪力墻)共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計時，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

剪力墻結(jié)構(gòu)的下限：當(dāng)墻較少時，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

2 剪力墻房屋的設(shè)計

根據(jù)2001版《抗震設(shè)計規(guī)范》要求，對于底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)強調(diào)抗震概念設(shè)計以及抗震構(gòu)造措施的重要性。相對于89版規(guī)范，其放寬了結(jié)構(gòu)總高和層數(shù)限制，增加了底部兩層框架結(jié)構(gòu)并提出了過渡層概念。進一步提高了底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的性能。

2.1 選擇有利的建筑形式 在抗震設(shè)計中，建筑平面應(yīng)盡可能簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心相一致，以減少地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。剪力墻的方案布置、墻量的多少、墻片的大小應(yīng)合理。由于底部框墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻屬低矮墻，其抗剪剛度相對較大，如果布置的墻肢較長、平面形式復(fù)雜，很容易出現(xiàn)局部剛度過大，受力過于集中的現(xiàn)象，甚至經(jīng)常出現(xiàn)只布置極少的剪力墻就滿足上下層抗側(cè)剛度比限值的情況。因此在剪力墻布置方案上一定要堅持均勻、對稱、周邊、分散的原則，墻片不宜過長，應(yīng)以墻片高寬比1.5左右為為宜，墻片平面形式不宜采用提高抗側(cè)剛度的“L”“T”等平面形式，而是盡可能采用“一”字形。這是因為只有弱化每一單片剪力墻的剛度，才有可能實現(xiàn)均勻分散多道設(shè)防的目標(biāo)。同時還應(yīng)控制剪力墻的最大間距，以期符合規(guī)范的要求?？v向抗震墻還應(yīng)在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，這樣大大增強橫向抗傾覆的能力，避免邊柱產(chǎn)生過大的壓力和拉力。

2.2 建筑高度和層數(shù)的限值 以往震害資料及文獻的分析表明，底層框架剪力墻房屋的震害隨著樓層數(shù)的增加而加劇。因此底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足高度和層數(shù)的限值。2001版《規(guī)范》規(guī)定，6，7度區(qū)22米7層，8度區(qū)19米6層。所謂房屋總高度是指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度。半地下室從室內(nèi)算起，全地下室或嵌固條件好的半地下室應(yīng)從室外地面算起。帶閣樓的坡屋面應(yīng)算到山間墻的1/2高度處。室內(nèi)外高差大于6米時，房屋總高度應(yīng)允許適當(dāng)增加，但不超過1米。

2.3 嚴(yán)格遵守抗震規(guī)范對不同設(shè)防烈度的第二層與第一層側(cè)移剛度比的限值規(guī)定在歷次地震中，底層框架房屋結(jié)構(gòu)之所以發(fā)生嚴(yán)重破壞，其原因就在于底層層間剛度與上部層間剛度比過于懸殊。當(dāng)?shù)卣鹱饔眉性诘讓訒r，由于底層較上部結(jié)構(gòu)小得多的側(cè)移剛度，造成非常突出的底層彈塑性變形集中現(xiàn)象。因此，控制底層與上部側(cè)移剛度比是很必要的。

規(guī)范給出了不同設(shè)防烈度下上層與底層側(cè)移剛度比的限值，6、7度時不應(yīng)>2.5，8度不應(yīng)>2.0且均不應(yīng)<1.0。

2.4 底層框架柱網(wǎng)的設(shè)置 底層應(yīng)為全框架，至少應(yīng)是框架形式，即在內(nèi)柱縱、橫軸線的內(nèi)、外墻中均設(shè)柱或構(gòu)造柱，且縱橫兩向均應(yīng)形成框架形式。底部框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)不宜過大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上懸墻數(shù)目不應(yīng)超過一道。首先從使用功能上，底框結(jié)構(gòu)大多為商住樓，該跨度對應(yīng)上部可分割為兩開間(4.2m 3.3m或4.5m 3.3m)，(大于4.2m，已為大開間，其面積比受到規(guī)范限制)，無論上部為住宅樓，還是辦公樓，上述跨度對應(yīng)的上部開間尺寸足以滿足砌體結(jié)構(gòu)所能實現(xiàn)的功能。而且可以控制框架梁上僅有一道懸墻。同時考慮底部框架梁橫斷面高度取值應(yīng)控制在1/5～1/8梁跨，如果柱網(wǎng)過大，會使梁斷面及配筋出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，而上部懸墻數(shù)目增多，更會加重這種現(xiàn)象?？刂浦W(wǎng)尺寸，給出規(guī)定限值，限制框架梁上的懸墻數(shù)目，對底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)來說非常重要。

2.5 過渡樓層設(shè)計 底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的承載、變形和耗能能力，其破壞狀態(tài)一般為延性破壞;上部磚房部分雖具有一定的承載能力，但變形和耗能能力相對較差，其破壞狀態(tài)多為脆性破壞。在上部磚房中，過渡樓層墻體承受地震剪力和傾覆力矩最大，受力最為不利。此外，在豎向均勻荷載作用下，過渡樓層墻體處于壓剪或拉剪應(yīng)力狀態(tài)。因此當(dāng)有水平荷載作用時，過渡樓層墻體與落地墻體相比，其抗裂性能和水平承載力均相應(yīng)降低。試驗表明，在豎向及反復(fù)水平荷載作用下，過渡樓層墻體的水平承載力約降低20%～30%。過渡樓層墻體的水平承載力驗算按式

V≤βfVEA/γRE (1)

fVE=1/1.2(1 σ0/fv)0.5fv (2)

A=AW ∑ηiGC /GWAci (3)

β=1/{1 0.45(0.2-0.8hb /l)σ0fV V} (4)

式中β——水平承載力降低系數(shù);

σ0——對應(yīng)于重力荷載代表值的墻體截面平均壓應(yīng)力，N/mm2;

fv——砌體的抗剪強度平均值，N/mm2;

hb——托梁的截面高度，mm;

I——托梁的計算跨度(m)，對兩跨不等跨梁，I取較大跨的跨度;對跨中設(shè)置構(gòu)造柱的梁，I以1/2代入;

AW——墻體扣除混凝土構(gòu)造柱及洞口后的水平截面面積，m2;

Aci——混凝土構(gòu)造柱的截面面積，m2;

Ge，GW——混凝土和砌體的切變模量，N/mm2;

ηi ——構(gòu)造柱抗剪參與系數(shù)，中柱(包括邊中柱)取04，邊柱取03;

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，當(dāng)A按式(3)計算時，γRE可取10;當(dāng)計算中不考慮混凝土構(gòu)造柱(即將混凝土構(gòu)造柱按相同截面的磚砌體計算)時，γRE可取09。

如按落地墻體的方法驗算其水平承載力，當(dāng)豎向荷載或托梁高跨比較小時，將會過高地估計過渡樓層墻體的抗震承載力，造成結(jié)構(gòu)抗震可靠性降低。過渡樓層應(yīng)每開間設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁，形成弱框架體系，以增強過渡樓層傳遞地震剪力的能力，同時還將大大增加延性和耗能能力。

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