Reinforced concrete frame-shear wall structures 钢筋混凝土框架剪力墙结构
剪力墙结构是利用建筑物墙体作为建筑物的竖向承载体系,并用它抵抗水平力的一种结构体系。其侧向刚度大,整体性好,用钢量较省,缺点是自重大。剪力墙间距一般为3 m~5 m。平面布置的灵活性受到限制。由于其良好的抗侧性、整体性和抗震性能,可以建造较高的建筑物。剪力墙的布置原则为: (1) 剪力墙结构中全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。所以一般应沿建筑物的主要轴线双向布置。特别是在抗震结构中,应避免仅单向有墙的结构布置形式,并宜使两个方向抗侧刚度接近,即两个方向的自振周期宜相近。 (2) 剪力墙应尽量拉通对直,以增加抗震能力。门窗洞口上下各层对齐,形成明确的墙肢和连梁,使受力明确,计算简单。在抗震结构中,应尽量避免出现错洞剪力墙和叠合错洞墙。叠合错洞墙的特点是洞口错开距离很小,甚至叠合,不仅墙肢不规则,而且还在洞口之间形成薄弱部位,对抗震尤为不利。 (3) 剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高。剪力墙沿竖向改变时,允许沿高度改变墙厚和混凝土等级,或减少部分墙肢,使抗侧刚度逐渐减小,避免各层刚度突变,造成应力集中。
(4) 剪力墙要避免洞口与墙边,洞口与洞口之间形成小墙肢。小墙肢宽度不宜小于三倍墙厚(否则应按框架柱设计),并用暗柱加强。
(5) 较长的剪力墙宜开设洞口,将其分为均匀的若干墙段,墙段之间宜采用弱梁连接,每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2,墙长较小时,受弯产生的裂缝宽度较小,墙体配筋能够充分的发挥作用,因此墙肢截面高度不宜大于8 m。
(6) 高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的结构形式,短肢墙应尽可能设置翼缘。在短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。
(7) 控制剪力墙平面外弯矩,应采取增加与沿梁轴线方向的垂直墙肢,或增加壁柱、柱等方式,来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接,减小墙肢平面外弯矩。
(8) 不宜将楼面主梁直接支承在剪力墙之间的连梁上。因为一方面主梁端部约束达不到要求,连梁没有抗扭刚度去抵抗平面外弯矩;另一方面对连梁本身不利,连梁本身剪切应变较大,容易出现裂缝,因此应尽量避免。
暗柱、端柱是剪力墙中的柱,一般情况下有两种,一种约束端(暗)柱,一种构造端(暗)柱,你可以这样理解,简单的剪力墙结构中端柱布置位置一般在剪力墙的两端或者转角处,一般柱宽大于或者等于剪力墙的厚度,暗柱指布置于剪力墙中柱宽等于剪力墙厚的柱,一般在外观看不出,如果布置位置在端部,也可以作为端柱分析
构造柱顾名思义就是按照结构构造要求布置的柱,使用范围比较大,砖混结构、框架结构等都有构造柱,一般不作为单独承重构件,主要根据当地的抗震设防设置,比较长的单向墙体一般也需要布置
框架柱顾名思义就是框架结构中用于支承结构中竖向荷载的柱。
剪力墙设计
一.剪力墙设计中的基本概念
1.剪力墙高和宽尺寸较大但厚度较小,几何特征像板,受力形态接近于柱,而与柱的区别主要是其长度与厚度的比值,当比值小于或等于4时可按柱设计,当墙肢长与肢宽之比略大于4或略小于4时可视为为异形柱,按双向受压构件设计。
2.剪力墙结构中,墙是一平面构件,它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力;在轴力,弯矩,剪力的复合状态下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外,还必须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:墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏,因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。
3.实际工程中剪力墙分为整体墙和联肢墙:整体墙如一般房屋端的山墙、鱼骨式结构片墙及小开洞墙。整体墙受力如同竖向悬臂,当剪力墙墙肢较长时,在力作用下法向应力呈线性分布,破坏形态似偏心受压柱,配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏,提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长,以防止截面应力相差过大。
联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙,但因一般连梁的刚度比墙肢刚度小得多,墙肢单独作用显著,连梁中部出现反弯点要注意墙肢轴压比限值。 壁式框架:当剪力墙开洞过大时形成宽梁、宽柱组成的短墙肢,构件形成两端带有刚域的变截面杆件,在内力作用下许多墙肢将出现反弯点,墙已类似框架的受力特点,因此计算和构造应按近似框架结构考虑。
综上所述,设计剪力墙时,应根据各型墙体的特点,不同的受力特征,墙体内力分布状态并结合其破坏形态,合理地考虑设计配筋和构造措施。
4.墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析,求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。在剪力墙承载力计算中,对带翼墙的计算宽度按以下情况取其小值:即①剪力墙之间的间距;②门窗洞口之间的翼缘宽度;③墙肢总高度的1/10;④剪力墙厚度加两侧翼墙厚度各6倍的长度。 5.为了保证墙体的稳定性及便于施工,使墙有较好的承载力和地震作用下耗散能力,规范要求一、二级抗震墙时墙的厚度应≥160mm,底部加强区宜≥200mm,三、四级抗震等级时应≥140mm,竖向钢筋应尽量配置于约束边缘。 以上所述的剪力墙设计中的概念问题可能绝大部分设计人员都懂,但实际应用到工程设计中,施工图纸表达出来的东西有时则存在很大差别,追究原因,许多是与具体的构造处理有关,因此造成墙的截面和配筋差别大不合理。
二.剪力墙的边缘构造
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约束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。 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以下三种不同尺寸,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。
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”GB50011-2001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;但根据混凝土规范11.7.14条笔者理解框架-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 .
三.剪力墙结构的厚度和配筋问题
1. 根据抗震规范6.1.2条规定,8度地震区剪力墙结构的抗震等级至少应为二级;按6.4.1条要求剪力墙底部加强部位墙厚一、二级抗震等级时不宜小于200mm,且不小于层高的1/16,其他部位不小于160mm,当墙端头无翼墙或暗柱时不应小于层高的1/12。以上规定目的是为防止因墙体平面外刚度过小,稳定性差,容易在偏心荷载作用下压屈失稳,但这些规定对于八度地震区的多层及低高层剪力墙结构显得不够合理。例如5~15层的剪力墙结构,一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都小于0.2,电算结果墙体往往只需要构造配筋,但只因底部功能要求3.9m层高,墙厚就得240mm,若业主要求室内视野开阔,不设外纵墙,横墙朝外端头不允许带翼墙或端柱时,当层高3>5~4.2m时,则墙厚需要320~350mm,显然不合理。所以像这样的特殊情况的低多层建筑不应要求死扣规范,而通过采用概念设计分析,控制墙肢轴压比,进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋,保证其整体性连接等措施,是可以使墙厚减小的。
2. 墙体的配筋率,目前在“砼规”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,对抗震不利。
四.剪力墙结构的超长问题
1. 混凝土规范9.1.1条规定现浇混凝土剪力墙结构的温度伸缩缝最大间距当在室内或土中时为45m,露天时为30m;而现浇框架剪力墙或框架核心筒结构的伸缩缝间距可取45~55m.规范的这一规定显然与现今建筑的体量越来越大但功能又要求不设缝发生矛盾;因此目前许多工程中的伸缩缝间距都突破了规范的规定,也造成了设计人员在设计中遇到超长结构时的胆量越来越大。笔者认为今后当剪力墙结构超长时,应该慎重处理为好,过长时应该尽量设置温度伸缩缝,宜较严格遵守规范规定的限值,理由如下:
①. 剪力墙结构刚度大,受温差影响大,混凝土的收缩、徐变产生的变形大,墙体对楼面、屋面产生的约束也大;当结构发生收缩变形时比其他结构易出现裂缝。一些未超长的剪力墙结构产生墙体或楼面裂缝,其主要原因就在此。
②. 剪力墙结构多用于商品住房和公寓,使用状况复杂,一旦私人购买的房子出现裂缝,虽然没有安全问题,但处理起来问题多,难度大,社会影响大。
③. 混凝土结构受温度或收缩徐变的影响与众多因素有关;而体型庞大的剪力墙房屋往往形状复杂,混凝土收缩大,约束应力积聚也大,施工工艺及管理也难控制,环境影响使用变化难于判断,因此更难于解决混凝土收缩变形时,在受约束条件下引起拉应力而保证不出现裂缝。
④. 目前混凝土的收缩量不断增大,已由80年代的一般收缩量300με上升到400με以上,因此使混凝土用量大的剪力墙产生裂缝的因素在增大。
⑤. 目前随着市场形势的变化,大部分工程要赶工加班,质量难保证,为赶工混凝土中水泥用量普遍增大,使混凝土收缩量增大,加上由于混凝土强度的提高,使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生,使结构出现裂缝的因素增多。
⑥. 普遍使用商品混凝土泵送施工,为了泵送,增大水泥用量,减少了中粗骨料含量和骨料粒径,加上泵送混凝土配合比和施工送料时的不良因素影响等都加大了结构收缩量,增加产生裂缝的因素。
剪力墙 底部加强部位 约束边缘部位
根据抗震规范和高层混凝土规程,底部加强部位高度一般取底部两层、墙肢总高的1/8二者的较大值,其余情况略去。平法图集原有版本标注为“-2、-1”是错误的,现在的勘误是正确的。注意,底部加强部位是按规范(程)计算的,但是规范(程)同时要求约束边缘构件向上延伸一层。但是不要把这延伸的一层看作是底部加强部位的一部分,这在概念上是不同的,尽管事实上对工程没什么差别(理论研究和实践设计总是有差距的啦:P)。上述条文要求对地下室部分的规定,根据中国建筑科学研究院抗震所编的一本解释,应这样理解:当地下室顶板可以作为上部结构嵌固部位时,剪力墙底部加强部位自地下室顶板算起,地下一层抗震等级与首层相同,即抗震构造措施一致,那么事实上对工程而言,就是说约束边缘构件设置范围是自地下一层直到延伸的那一层截止。当地下室顶板不满足作为上部结构嵌固部位的要求时,底部加强部位自地下一层楼面算起,地下二层及以下层可适当降低抗震等级。个人理解,不论地下室顶板能否作为上部结构嵌固部位,均自地下室顶板起算底部加强部位,这样可以避免因层高变化而导致的约束边缘构件设置层数减少的情况。实际工程中,我们这里都是这样做的。
高层建筑剪力墙连梁设计
〖连梁的概述〗
在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中,连接墙肢与墙肢,墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小,截面大,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。因此,高层建筑在水平力作用下,连梁的内力往往很大。一般在风荷载和地震荷载的作用下,连梁的内力往往很大。此外,高层建筑中,由于连梁两端墙肢的不均匀压缩,会引起连梁两端的竖向位移差,这也将在连梁内产生内力。设计时,即使采取了降低连梁内力的各种措施,如:加大剪力墙的洞口宽度;在连梁中部开水平缝,在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减,对局部内力过大层的连梁内力进行调整等,仍无法使连梁的截面设计符合要求。另外,对于一端与墙相连,一端与框架柱相连的梁,可以看成是连梁的一个特例。高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。 〖连梁的工作和破坏机理〗
在风荷载和地震荷载作用下,墙肢产生弯曲变形,使连梁产生转角,从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形,对墙肢起到了一定的约束作用 ,改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种,即脆性破坏 (剪切破坏 )和延性破坏 (弯曲破坏 )。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力 ,在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,各墙肢丧失了连梁对它的约束作用,将成为单片的独立梁。这会使结构的侧向刚度大大降低,变形加大,墙肢弯矩加大,并且进一步增加P—Δ效应 (竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩 ),并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时,梁端会出现垂直裂缝 ,受拉区会出现微裂缝 ,在地震作用下会出现交叉裂缝,并形成塑性绞,结构刚度降低,变形加大,从而吸收大量的地震能量,同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中,连梁起到了一种耗能的作用,对减少墙肢内力,延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下,连梁的裂缝会不断发展、加宽,直到混凝土受压破坏。
〖联肢墙在水平力作用下的破坏机制〗
高层建筑联肢墙在水平力作用下的破坏分为脆性破坏(即剪切破坏)和延性破坏(即弯曲破坏)两种。联肢墙的脆性破坏又可分为两种情况。一种是脆性破坏发生于墙肢。墙肢由于抗剪能力不够而发生剪切破坏,会使剪力墙很快丧失承载能力。造成结构的突然倒塌。这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数,就是为了防止剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。脆性破坏的第二种情况是连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,联肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙,这会使结构的侧向刚度大大降低,墙肢弯矩j加大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数,也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是,和第一种墙肢发生剪切破坏相比,连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力,在墙肢破坏前,只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载,还不会造成结构的倒塌。剪力墙的延性破坏也可分为两种情况。一种是连梁不屈服,墙肢首先发生弯曲破坏,这种墙在破坏时的极限变形较小。因此,对有抗震设防要求的建筑来说,它虽然是一种延性破坏,但吸收地震能量的能力是较低的。设计中应避免这种情况的发生。延性破坏的第二种是连梁先屈服,最后是墙肢的屈服。当连梁有足够的延性时,它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量。同时,通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使联肢墙保持足够的刚度和强度。这是设计时应首先考虑做到的。为了保证联肢墙的延性要求,对连梁的延性要求是非常高的。因此,在设计高层建筑剪力墙时,必须十分注意保证连梁的延性要求。以上主要从抗震的角度分析了联肢墙的破坏机制。对于非抗震的情况,水平作用力主要是风荷载。风荷载是一种实实在在的荷载,不能通过结构的塑性变形来减少风荷载。但可以通过结构的塑性变形将荷载分布到其他尚未屈服的构件。通过内力重分布提高结构的整体承载能力,避免由于个别构件的破坏造成整个结构丧失承载能力。因此,以上关于联肢墙破坏机制的讨论在非抗震设计中是同样有意义的。
〖设计及措施〗
在墙肢和连梁的协同工作中,剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下,结构应该处于弹性工作状态,连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下,结构允许进入弹塑性状态,连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求,建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不损坏或不需修复仍可使用,当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时 ,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此,剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏,也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则,同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服,而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。 因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面:
●连梁刚度的折减
应该认为,之所以考虑对连梁的刚度进行折减,是由于在侧向荷载作用下,混凝土的开裂引起了刚度降低。在地震作用下,连梁的裂缝开展和塑性变形比在风荷载作用下的更大,因此,刚度降低的更多。但是,刚度折减得越多,即折减系数越小,意味着设计荷载作用下裂缝开展得越大。在超载时,如发生强大的阵风或地震烈度超过多遇地震烈度时,塑性铰也会出现得更早,这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。连梁由于跨高比小,与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第4.1.7条规定 :“在内力与位移计算中,所有构件均可采用弹性刚度,在框架—剪力墙结构中,连梁的刚度可予以折减,折减系数不应小于0.55。”一般在实际设计中我们在 0.55—1之间取值,以符合截面设计的要求.对于以风荷载为控制因素的建筑中,为了避免连梁在使用荷载作用下裂缝开展过大,刚度折减系数应取较大值。此外,按照高规的的规定,在计算竖向荷载作用下的内力时,对已经考虑了调幅的连梁,不应再考虑刚度折减。
●加连梁跨度减少高度。在连梁设计中,刚度折减后,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况,这时可以增加洞口的宽度,以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度,也就减少了地震作用的影响,使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限 ,则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%,且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。
●增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大,地震作用产生的内力增加,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙,而是小于这个比例,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
●提高混凝土等级。混凝土等级提高后,结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例,有可能使连梁的受剪承载力不超限。
●地震区高层建筑的剪力墙连梁,在进行了上述调整后,仍有部分不符合承载力要求时,可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求,配置相应的纵向钢筋。此时,如果不能保证连梁在大震时的延性要求,应重新计算整个结构,必要时调整结构布置,使连梁的承载力符合要求。上述各种措施中,在能满足整体刚度的情况下,可先采用刚度折减,如仍超限可采用其余各种措施。
●连梁的配筋计算 根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》,在连梁设计方面,对于连梁非抗震设计,抗震设计时跨高比大于 2.5及小于2.5两种情况 ,在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限,这时可以将受力筋均匀布置,同时考虑到连梁以承载水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近,可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中,配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏,这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏,耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服这些不足之处。
连梁超筋
在框剪结构或剪力墙结构中,要做到连梁一根也不超筋,这几乎是件不可能完成 的任务。在计算中,由于考虑构件是按弹性考虑的,墙的刚度远大于连梁的刚度,在墙稍有变形的情况下,连梁会承担极大的弯矩和剪力。此时连梁会先开裂,这正是抗震所要求的连梁成为抗震的第一道防线,也是计算中允许对连梁刚度折减的原因。根据计算,我们可以得知,连梁截面越大,刚度越好,其越容易超筋。因此,在计算时出现连梁超筋,不要一味地调大连梁高度。对洞口高度较小,上部有较大高度时,可以考虑设成两根连梁,避免出现一根高度很大的连梁。在此情况下,计算时可以假定一根宽度为实际宽度的两倍,高度等同于实际连梁高度的一根连 梁,来取代每层有两根连梁。连梁其跨度往往较小,因此受弯并不是其主要作用,而连梁要保证剪力的传递,这也是规范中对强剪弱弯的一个体现。连梁在开裂后,根部形成一个塑性铰,能承担部分弯矩(这个弯矩往往是足承担连梁跨度内的荷载),因此对连梁的受弯超筋,可不必过分在意。而连梁的抗剪能力是应当予以保证的,规范中给出了加交叉暗筋和交叉暗撑的做法
方法:
首先超筋的连梁要把钢筋配满;其次如果只有一两层超筋,就可以把其上下各若干层的钢筋放大;如果超筋的连梁层数过多,也可以把两侧暗柱钢筋放大。以上均是经验的补偿方法,也可以通过精确计算得出结果,那就是上面提到的高规7.2.25条
全剪力墙结构的适用范围
〖适用范围〗无抗震设防和抗震设防烈度为6、7、8及9度地区 〖技术措施〗:
一. 关于基础平面图:底板下降处(如电梯间、水箱间、厕所水房的集水坑)应画详图,小集水坑如400X400X300可将板消弱,不必单独处理。应注意两个集水坑可能集中在一起或离墙较近处的集水坑可能坡出墙面。注意集水坑的盖板高度应与地面等高(厕所水房常垫起来)。靠墙处集水坑应画两个剖面,下降处底板斜坡应注角度,宜注角度,不注坡长,剖面只画构造,配筋同底板筋。应将大部分钢筋拉通,仅大房间附加钢筋(包括上下铁),附加筋应标出作用范围,如从12轴到14轴。底板钢筋上铁向下锚固,锚固长度为从墙边锚入15d。下铁考虑承受一定的弯距,向上锚固40d。外侧墙体钢筋的锚固:锚入板底,直段长度200。注明暗柱锚入底板的长度,为施工方便,可加200的直段。门洞口下的暗梁取值:宽度=墙厚+2倍底板的h0,窗洞口下取窗底至基底和门下暗梁的较小值。基础出挑板的分布筋应改为直径12或14,不采用通长筋。电梯底座不落地时,板厚应取300,钢筋应留余量,一般可取14@150。基础底板出挑时,窗井处应认为已经出挑,非窗井处做挑板,可出挑1至1.2m.
二. 应避免将大梁穿过较大房间,在住宅中严禁梁穿房间。
三. 高层剪力墙结构,当窗下墙改为填充墙时,周期可延长并节约造价。(剪力墙拆模后应立即砌填充墙)
四. 关于洞口连梁:以下处应注意:1.人防内的厕所、水房等,由于使用要求一般要垫起来,故此处洞口要抬高增大,造成其上连梁与一般梁不同。2.剪刀梯入口处连梁,由于休息平台板的做法一般只有20厚,比一般楼板处较薄,此处连梁应按休息平台的标高考虑。3.跃层、楼梯间出屋面处洞口一般要抬高,其上下连梁不同。4.首层有窗井处因窗井采光的要求可能将其上的阳台及洞口抬高,造成上、下的连梁不同。5.其他有门槛处上下连梁不同于一般连梁。 五. 连梁配筋可取各层一致,当超筋时可采取:1.将连梁断面减小,按普通梁计算。2.将连梁的刚度折减系数调低,适当增大墙体配筋。3.将连梁配筋配至最大配筋,并用其能承受的剪力计算弯距和纵筋。4.长宽比小于2的连梁能承受的最大剪力取值较低,宜避免使用。
六. 关于墙体:
(1).小墙肢的长度不宜小于3b,并按柱子配筋,轴压比小于0.6。大于4b的墙肢按剪力墙计算和配筋。
(2).长度大于8米的墙体应开施工洞,并用砖砌堵。两户以后可能打通的墙体应开洞预留。阳台门联窗下的墙体应采用轻体墙砌筑。
(3).关于墙体的暗柱:尽量暗柱是暗柱,墙是墙,不采用大暗柱,暗柱相叠也没关系。注明暗柱纵筋的连接方式。
(4).一级剪力墙应验算水平施工缝的抗滑移。当地下开洞(窗井处)和地上开洞错开时,应加暗框架,在地面处加通长的连梁,起到托梁的作用。并且适当考虑两个洞口的连梁按一个大洞口计算,最底下的连梁要能承受五层左右的错洞墙肢垂直作用力。
(5).墙体分布筋,地上部分和地下部分墙水平筋均在外。洞口错开时,应将连梁锚入暗柱内,作成暗框架。
七. 屋顶退台内收,而内收的墙体下面并无剪力墙,可采取:如有条件,做上反梁,否则采用轻墙直接作用在板上。上层加梁来承受顶板荷载。 八. 用SATWE软件计算时,长宽比小于4的墙肢按异型柱输入,或忽略小墙肢的配筋。长高比大于4的连梁按普通梁输入。
九. 说明剪力墙的加强区范围。说明剪力墙的拉筋为φ6@600,加强区为φ6@400。
十. 人防通风井上应有盖板。
十一. 厨厕间楼板上的通风洞,从一层顶板处开始留,一直穿出屋面。厕所通风洞为350X650,厨房为450X750,在楼板洞边加角钢,通风洞管块架在角钢上,一层托一层。 【二、框架-剪力墙结构】 【三、框支-剪力墙结构】
摘要: 由于框支-剪力墙结构上、下刚度突变,构件不连续,传力复杂,在地震作用下框 支层将产生很大的内力和塑性变形,抗震性能差,易造成震害;转换层应力复杂,材料耗用量大,自重大,施工复杂,造价高,但框支-剪力墙结构可满足建筑物上、下不同功能的组合。
关键词: 剪力墙 高层 措施
建筑方案确定后,为改善抗震性能,减轻自重并节省投资,本工程结构设计时考虑以下问题。
1上部剪力墙体系 1.1减轻结构自重
减轻结构自重,可直接减少混凝土用量,同时减小垂直荷载和水平地震力,进一步减小结构内力,改善经济指标,特别是基础和转换层的混凝土和钢材耗用量。
1.1.1楼板
楼板覆盖整个建筑面积,减小楼板厚度即为每平方米建筑面积所减小的混凝土量。采用把楼板厚度控制在满足板的厚度与计算跨度要求的比值,并满足防火和预埋管线要求的较小值即100 mm,以取得最低的混凝土消耗 。
1.1.2剪力墙
在考虑楼板的同时亦考虑剪力墙混凝土的消耗最少。按开间扩大剪力墙的间距,将部分开间的墙体用轻质隔墙取代,能有效地减少混凝土用量。为不增加板的跨度,使楼板厚度100 mm得以实现,在隔墙处设置梁。由于居住建筑开间和进深一般都不大,取梁宽与隔墙等厚,以免露梁.为减轻自重,剪力墙厚度分200 mm及250 mm两种,沿高度分两次变化,即墙厚250 mm减到200 mm,墙厚200 mm减到160 mm。
1.2减小刚度
框支-剪力墙结构其上部剪力墙刚度偏大,应减小其刚度,使上下刚度尽量接近, 以改善结构的抗震性能。
1.2.1扩大剪力墙间距
按开间扩大剪力墙间距,不但能减少混凝土用量,也有利于减小刚度。
1.2.2剪力墙留设结构洞
较长的墙体留设结构洞,洞用轻质墙体填充,可有效地减小剪力墙结构的刚度。
1.2.3 增高转换层上一层的楼层的高度
框支-剪力墙结构应控制转换层上、下层的剪切刚度比。增高转换层以上楼层高度 ,能直接改善剪切刚度比。往往转换层下部为大空间,层高较高;转换层以上是住宅,层高较低,造成剪切刚度比加大。本工程利用住 宅底部的设备层,将设备层和底层住宅设计成一个结构层,层高4.55 m,采用设备层顶板即住宅底层底板与剪力墙之间留缝脱开实现为 一个结构层,可减小上、下层剪切刚度比的差距。
2转换层设计
本工程除水平、垂直方向设置剪力墙外,尚有斜方向的墙体,其上下轴线无法对齐 。剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构。
2.1减轻转换层自重
香港地区此类建筑物较多,但它们不考虑抗震设防,而注重综合的效益,对结构经济指标控制不很严格,因此一般均采用厚板为转换层。厚板材料耗用量大,结构经济指标差,因其自身重量大,又带来地震作用大,使框支内力增大。本工程设计时从减轻自重出发,尽管上部剪力墙方向复杂,仍优先考虑梁系转换。梁高2 m,梁宽一般为1.2 m、1.5 m及 1.8 m。
2.2加强梁的抗扭刚度
计算结果显示梁的扭矩大,配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求,因此 采用部分封底,形成箱形,转换层上、下板厚均为200 mm。
2.3加强转换梁与中筒的连接
转换梁与中筒连接处负弯矩大,钢筋锚固构造也存在问题,且转换梁断面与筒体壁 厚500 mm显得不很协调,故采用在转换层的高度范围筒体设置钢筋混凝土箍,以加强此处连接。与厚板相比,本工程的部分箱形转换层挖空率约为27%,对节省混凝土用量和减小地震力均有较大意义。
3框支层设计
框支-剪力墙结构的薄弱部位在框支层,故加强其延性,提高抗震性能是十分重要的。
3.1增加墙量及刚度
本工程建筑功能要求大空间,不能设置更多的落地剪力墙,故在不影响功能的情况下,争取中筒四角加设T形落地墙体,以增加框支层墙量及刚度。
3.2采用钢纤维混凝土,提高抗震性能
为提高框支层抗震性能,提高其延性,国内已有工程采用型钢混凝土结构及配有构 造纵向钢筋及螺旋箍筋的钢筋混凝土柱。本工程框支层竖向构件包括墙和柱,采用钢纤维混凝土,1 m3混凝土内钢纤维掺量为80 kg,可提高抗拉强度设计值约35%,提高抗剪强度设计值约50%。除强度提高外,钢纤维混凝土与普通混凝土同时使用,不需要采取特殊的 构造措施,因此可用于设计需要加强的部位,而不需要的部位可以不用,具有较大的灵活性。本工程地下3层,由于地下室墙多,抗震性 能较好,不必采用钢纤维混凝土,但为了有一过渡,钢纤维混凝土用于地下1层至转换层顶面的竖向构件。施工时注意钢纤维应搅拌均匀,避免结团;采用商品混凝土时,也可以委托搅拌站提供钢纤维混凝土。 钢纤维混凝土用于建筑结构,目前国内尚不多见,本工程设计尚处于摸索阶段,由于应用的灵活性以及可提高强度改善抗震性能,其应用前景是非常广阔的。 框支-剪力墙结构抗震性能差,造价高,应尽量避免采用。但它能满足现代建筑不同功能组合的需要,有时结构设计又不可避免此种结构型式,对此应采取措施积极改善其抗震性能,尽可能减少材料消耗,以降低工程造价
剪力墙结构设计要点
整体规定
◆ A级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
全部落地剪力墙——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时,分别为150、
140、120、100、60m
部分框支剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为130、120、
100、80m,9度抗震时不宜采用
A级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
6度、7度、8度抗震时,将本地区设防烈度提高一级后,按乙类、丙类
建筑采用
9度抗震时,应专门研究 (说明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度)
◆ B级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
全部落地剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为180、170、150、130m
部分框支剪力墙——非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为150、140、120、100m
B级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
6度、7度抗震时,按本地区设防烈度提高一级后,按乙类、丙类建筑采用
8度抗震时,应专门研究
◆ 结构的最大高宽比:
A级高度——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时,分别为6、6、6、5、4
B级高度——非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为8、7、7、6
◆ 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用的扭转影响
◆ 考虑非承重墙的刚度影响,结构自振周期折减系数取值0.9~1.0
◆ 平面规则检查,需满足:
扭转: A级高度—— B级高度、混合结构高层、复杂高层—— 楼板: 有效楼板宽 ≥ 该层楼板典型宽度的50%开洞面积 ≤ 该层楼面面积的30%
无较大的楼层错层凹凸: 平面凹进的一侧尺寸 ≤ 相应投影方向总尺寸的30%
◆ 竖向规则检查,需满足:
侧向刚度:除顶层外,局部收进的水平向尺寸 ≤ 相邻下一层的25% 楼层承载力:A级高度——抗侧力结构的层间受剪承载力 (宜)≥ 相邻上一层的80%薄弱层抗侧力结构的受剪承载力 (应)≥ 相邻上一层的65% B级高度——抗侧力结构的层间受剪承载力 (应)≥ 相邻上一层的75% (说明:楼层层间抗侧力结构受剪承载力指在所考虑的水平地震作用方向,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和)
竖向连续:竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力不得由水平转换构件(梁等)向下传递
◆ 水平位移验算:
多遇地震作用下的最大层间位移角 ≤
罕遇地震作用下的薄弱层层间弹塑性位移角 ≤ 1/120
◆ 舒适度要求:
高度超过150m的高层建筑,按10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点的最大加速度限值为:住宅、公寓 0.15 m/s2,办公、旅馆 0.25 m/s2
◆ 伸缩缝
1. 最大间距:现浇 45m,装配 65m 2. 可适当放宽最大间距的条件:
① 顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率 ② 顶层加强保温隔热措施,外墙设置外保温层
③ 每隔30~40m留出后浇带,带宽800~1000mm,钢筋采用搭接接头,后浇带砼两个月之后浇灌
④ 顶部楼层改用刚度较小的结构形式,或顶部设局部温度缝,将结构划分为长度较短的区段
⑤ 采用收缩较小的水泥,减少水泥用量,砼中加入适宜的外加剂 ⑥ 提高每层楼板的构造配筋率,或采用部分预应力混凝土
◆ 防震缝
1. 最小宽度:按框架结构的50%取用,但不宜小于70mm。
框架结构防震缝最小宽度规定为:高度≤15m的部分,70mm;超过15m的部分,6度、7度、8度、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m,缝宽加宽20mm
2. 缝两侧结构体系不同时,按不利情况确定缝两侧房屋高度不同时,按较低房屋高度确定
3. 缝沿房屋全高设置,地下室和基础可不设,但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接
4. 相邻结构基础存在较大沉降差时,宜加宽防震缝墙体布置
◆ 宜双向布置,尤其是抗震时应避免单向布置
◆ 门窗洞口宜上下对齐,成列布置。一、二、三级抗震时,底部加强部位不宜采用错洞墙,且所有部位不宜采用叠合错洞墙
◆ 墙肢长度不宜超过8m,且墙段总高与墙肢高度之比应大于2。当墙肢较长时宜开设洞口,各墙段间设置弱连梁
◆ 应避免楼面梁垂直支承在无翼墙的剪力墙的端部(《审查要点》3.6.3 / 6)
◆ 当墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时,应至少采取以下一种措施:
◆ 一般剪力墙的底部加强部位高度的取值: (说明:当有地下室时,墙肢总高度应从地上一层(首层)算起,但底部加强部位应额外加上地下室的高度) 截面设计
◆ 构件截面长边与短边之比大于4时,宜按墙的要求进行设计(《砼规》10.5.1)
◆ 矩形截面独立墙肢的长度与厚度之比不宜小于5当其比值小于5时——其在重力荷载代表值作用下的轴压比限值,当一、二级抗震时,应较正常墙肢的相应值减0.1,三级抗震时为0.6当其比值不大于3时——宜按框架柱进行设计,但纵向钢筋的最小配筋率不变,且箍筋宜沿全高加密
◆ 双肢剪力墙的抗震设计中,墙肢不宜出现小偏拉,当任一墙肢出现大偏拉时,两墙肢均应将弯矩设计值和剪力设计值乘以1.25的增大系数 (说明:剪力墙墙肢不同受力状态的延性优劣—— 小偏拉 < 大偏拉 < 小偏压 < 大偏压)
◆ 剪力墙截面设计的内容:平面内的斜截面受剪、偏压或偏拉、平面外轴心受压
◆ 在集中荷载作用下,墙内宜设置暗柱,并注明暗柱纵筋的连接方式,无暗柱时应进行局部受压承载力验算
◆ 一级抗震时,墙体的水平施工缝处宜进行抗滑移验算截面厚度
◆ 一、二级抗震时,底部加强部位 ≥ 其他部位 ≥ (《砼规》11.7.9 / 1)补充:当墙端无端柱或翼墙时,≥ 层高的1/12
◆ 三、四级抗震时,底部加强部位 ≥ 其他部位 ≥
◆ 非抗震时,≥
◆ 当不能满足上述要求时,应进行墙体的稳定计算(高规附录D)
◆ 剪力墙井筒中,分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小,但不宜小于160mm。
◆ 截面尺寸还应符合受剪要求
◆ 剪力墙的厚度不宜小于楼层高度的1/25(《砼规》10.5.2)轴压比限值
◆ 一般剪力墙 底部加强部位——三级抗震无规定、二级抗震0.6、一级(7、8度)抗震0.5、一级(9度)抗震0.4其他部位——无规定
◆ 短肢剪力墙 各部位统一规定为三级抗震0.7、二级抗震0.6、一级抗震0.5,一字形墙应各降低0.1 砼强度等级
◆ ≥C20,带筒体和短肢剪力墙的结构≥C25截面配筋
◆ 竖向和水平钢筋不应单排设置:截面厚度hw ≤ 400 时,可双排配筋;400 ≤ 截面厚度hw ≤ 700 时,宜三排配筋;截面厚度hw ≥ 700 时,宜四排配筋
◆ 短肢剪力墙的全部纵向配筋率——底部加强部位 ≥ 1.2% ;其他部位 ≥ 1.0%端部纵筋
◆ 墙肢每端的竖向钢筋不宜少于4φ12或2φ16,该处对应的拉筋直径不小于6mm(间距250mm)(《砼规》10.5.8)
◆ 非抗震设计时,剪力墙端部构造配置不少于4φ12的纵筋,沿纵筋配置不少于直径6mm、间距250mm的拉筋(《高规》7.2.17/5)————同上条
◆ 纵筋搭接长度:≥ laE 和 la(抗震和非抗震)竖向和水平分布钢筋一般剪力墙:
◆ 最小配筋率: 一、二、三级抗震时,0.25% ;四级和非抗震设计时,0.20%
◆ 间距:≤ 300mm;直径:≥ 8mm,但 ≤ 墙肢厚度的1/10
◆ 以下特殊部位的剪力墙的分布钢筋应加强,最小配筋率不应小于0.25%,间距不应大于200mm 房屋顶层剪力墙 长矩形平面房屋的楼梯间和电梯间剪力墙 端开间的纵向剪力墙 端山墙
◆ 温度、收缩应力较大的部位,剪力墙水平和竖向分布钢筋应适当加强(《砼规》10.5.9)
◆ 水平分布钢筋搭接搭接接头间距:同排水平分布筋搭接接头之间的水平净距 ≥ 500mm上、下相邻水平分布筋搭接接头之间的垂直净距 ≥ 500mm 搭接长度:≥ 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震)
◆ 竖向分布钢筋搭接搭接接头间距:可在同一高度搭接搭接长度:≥ 1.2 laE 和 1.2 la(抗震和非抗震)拉筋
◆ 间距不应大于600mm,直径不应小于6mm(一般取为φ6@600)
◆ 底部加强部位,约束边缘构件以外的拉筋间距应适当加密(一般取为φ6@400)
◆ 构造边缘构件阴影区域内拉筋的水平间距不应大于纵向钢筋间距的2倍(《砼规》11.7.16)
边缘构件
◆ 约束边缘构件的设置范围:一、二级抗震的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部
◆ 构造边缘构件的设置范围:一、二级抗震的剪力墙其他部位的墙肢端部 ,三、四级和非抗震设计的剪力墙全部部位的墙肢端部
◆ 在设置约束边缘构件的范围内,若墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比小于下述的规定值,可按构造边缘构件设置(《抗震规范》6.4.6/1)(《砼规》11.7.4) —— 一级抗震(9度)0.1、一级抗震(8度)0.2、二级抗震0.3
约束边缘构件 剪力墙的约束边缘构件
◆ 配箍特征值λv按下表取用,约束边缘构件的长度lc取下表数值、1.5 bw和450mm的最大值 项目 一级(9度) 一级(7、8度) 二级 λv 0.20 0.20 0.20 lc(暗柱) 0.25 hw 0.20 hw 0.20 hw .lc(翼墙或端柱) 0.20 hw 0.15 hw 0.15 hw (说明: ,hw为剪力墙墙肢长度)
◆ 当有端柱、翼墙或转角墙时,lc ≥(翼墙厚度+300mm)或(端柱沿墙肢方向截面高度+300mm)(《砼规》11.7.5 / 1)
◆ 翼墙长度不得小于其厚度的3倍,端柱截面边长不得小于墙厚的2倍,否则视为无翼墙或无端柱
◆ 竖向钢筋的配筋范围不应小于图中阴影面积,一、二级抗震时分别不应小于6φ16和6φ14,且分别不应小于阴影面积的1.2%和1.0% (一般来说,端部纵筋配置在阴影范围内,阴影范围之外、lc范围之内部分的纵筋按竖向分布钢筋配置)
◆ λv要求的箍筋范围为图中阴影所示,箍筋直径不应小于8mm,一、二级抗震时,箍筋间距分别不应大于100mm和150mm
构造边缘构件 剪力墙的构造边缘构件
◆ 构造边缘构件的范围见上图,最小配筋率应符合下表规定底部加强部位 其他部位抗震等级纵向钢筋最小用量(取较大值) 箍筋 纵向钢筋最小用量(取较大值) 箍筋最小直径(mm) 最大间距(mm) 最小直径(mm) 最大间距(mm)
一级 —— —— —— 0.008Ac,6φ14 8 150
二级 —— —— —— 0.006Ac,6φ12 8 200
三级 0.005Ac,4φ12 6 150 0.004Ac,4φ12 6 200
四级 0.005Ac,4φ12 6 200 0.004Ac,4φ12 6 250
◆ 箍筋的无支长度不应大于300mm,拉筋水平间距不应大于纵筋的2倍 (当拉筋隔一拉一时,纵筋间距≤150mm;当每道纵筋均设拉筋时,纵筋间距一般均可满足要求≤300mm)
◆ 当墙端部为端柱时,端柱的纵筋和箍筋宜按框架柱的构造要求配置
连梁
◆ 跨高比大于5时,按框架梁设计
◆ 楼面主梁不宜支承在连梁上
◆ 连梁可作刚度折减,折减系数不低于0.5
◆ 连梁应进行斜截面抗剪承载力计算,当连梁截面尺寸不满足抗剪要求(超筋)时,可如下处理 1. 减小连梁截面高度
2. 可对连梁进行内力调幅,以降低剪力设计值。此法应尽量避免,且调幅范围应当限值,因为连梁已经进行了刚度折减
3. 当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时,可考虑在大震作用下该连梁不参与工作,按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的内力分析,墙肢按两次计算所得的较大内力进行配筋设计
◆ 纵筋设置:
1. 规范未规定纵筋的最小配筋率,可参照同一级框架梁的要求,但纵筋在保证受弯承载力的前提下,应越小越好,以使连梁在地震作用下尽早屈服、耗散能量,形成抗震的第一道防线
2. 洞口上、下两边的连梁内纵筋面积不宜小于被洞口截断的水平分布筋面积的一半,且≥2根,≥φ12mm(《砼规》10.5.8)
◆ 箍筋设置:
1. 抗震设计时,连梁箍筋沿全长的构造按框架梁端加密区箍筋的构造要求采用
2. 洞口连梁全长配箍:直径≥6mm,间距≤150(《砼规》10.5.14) 3. 顶层连梁的纵向钢筋锚固范围内,应设置箍筋(《抗震规范》6.4.11),箍筋直径与该连梁的箍筋相同,但间距不宜大于150mm
◆ 腰筋设置:
1. 连梁范围内,墙体的水平分布筋应作为连梁的腰筋拉通连续配置(一般情况下,连梁腰筋即为墙体水平分布筋)
2. 连梁截面高度大于700mm时,两侧腰筋的直径不小于10mm,间距不应大于200mm
3. 连梁跨高比不大于2.5时,两侧腰筋的面积配筋率不应小于0.3% 4. 腰筋置于连梁箍筋的外侧(00G101)
◆ 一、二级抗震,且连梁跨高比≤2、墙厚≥200时,连梁内除普通箍筋外,宜另设斜向交叉构造钢筋(《抗震规范》6.4.10),其直径不小于12mm,斜筋应按受拉钢筋的锚固长度要求锚入墙内洞、错洞
◆ 当剪力墙面开有各边长小于800mm的非连续小洞口,且整体计算中不考虑其影响时,洞口四周可不另设加强钢筋,应将被洞口截断的墙内分布钢筋分别集中配置在洞口四边,且钢筋直径不应小于12mm
◆ 剪力墙面内边长小于300mm的洞口要按要求预留
◆ 穿过连梁的管道宜预埋套管,洞口上下的有效高度 ≥ ,且洞口处宜补强钢筋,单侧补强≥2φ14
◆ 连梁被洞口削弱的截面应进行承载力验算
◆ 楼板开大洞削弱后,如下措施予以加强:
1. 加厚洞口附近楼板,提高楼板配筋率,双层双向布筋,加配斜向钢筋 2. 洞口边缘设边梁、暗梁 3. 楼板洞口角部配置斜向钢筋
短肢剪力墙特殊规定
◆ 定义:墙肢截面高度与厚度之比为5~8
◆ 截面厚度不小于200mm
◆ 最大适用高度应比一般剪力墙结构的规定值适当降低,且不应大于100m(7度抗震)和60m(8度抗震)
◆ 短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜大于总力矩的50%
◆ 抗震等级应比一般剪力墙提高一级采用
◆ 7、8度抗震时,宜设置翼缘,且一字形短肢墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁
◆ 不应适用于B级高度和9度抗震的A级高度
楼盖
◆ 高度超过50m时,宜采用现浇楼盖
◆ 现浇楼盖砼强度宜在C20~C40之间,板厚可按跨度的1/35~1/45采用
施工图绘制
◆ 地上和地下部分,剪力墙的水平分布筋均在竖向分布筋之外侧
◆ 洞口错开时,宜将连梁锚入暗柱内,形成暗框架
◆ 设计说明:
1. 剪力墙的底部加强区的范围
2. 剪力墙的拉筋为φ6@600,底部加强区为φ6@400
3. 转角窗(阳台)的窗下填充墙,在转角处设置构造柱,并增设水平配筋腰带与两侧剪力墙端连接,构造柱配筋按框架柱构造要求
他山之石
◆ 应避免将大梁穿过较大房间,住宅中严禁梁穿房间
◆ 设有转角窗(阳台)的高层住宅剪力墙结构不宜再设置跃层单元
◆ B级高度和9级抗震的A级高度的高层建筑在角部剪力墙体上开设转角窗(阳台)应慎重,需进行专门研究
◆ 非抗震设计和7、8、9度抗震设计的A级高度的高层建筑,在设置转角窗(阳台)时,宜如下处理
1. 转角处沿窗线设置挑梁并相交
2. 靠窗边的墙端暗柱配筋加强,尤其是箍筋加强,必要时暗柱可按约束边缘构件配筋,或在建筑允许的情况下,靠窗边的墙端设端(壁)柱
3. 板内设斜向暗梁(或直接设斜向拉结筋),以连接窗边两墙体, 或在建筑允许的情况下,直接设斜向连梁
4. 将该房间的楼板加厚,双向双层配筋加强
5. 转角窗窗下墙体设置构造柱,并增设水平配筋腰带与两侧构造柱连接 6. 窗边两道墙体应尽量避免一字形墙、短肢墙,并控制轴压比
◆ 长宽比小于2的连梁的受剪承载力较低,宜避免采用说明:除“他山之石”外,未注明之规定,均出自于《高规》
剪力墙布置规则
剪力墙的位置:1)遵循均匀、分散、对称和周边的原则。 2)剪力墙应沿房屋纵横两个方向布置。3)剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及楼(电)梯处。4)在平面布置上尽可能均匀、对称,以减小结构扭转。不能对称时,应使结构的刚度中心和质量中心接近。 5)在竖向布置上应贯通房屋全高,使结构上下刚度连续、均匀。6)可布置成单片形(不少于三道,长度不超过8m)、L形、槽形、工字形、十字形或筒形最佳,H/L≥2。7)洞口布置在截面中部,避免布置在剪力墙端部或柱边。
(2)剪力墙的间距:为了保证楼(屋)盖的侧向刚度,避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形应控制剪力墙的最大间距。
(3)剪力墙的数量:与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑,在一定范围内数量越多越好;从经济性考虑,数量太多会使结构刚度和自重很大,地震力和材料用量增大,造价提高,基础设计困难。因此,剪力墙的数量应适宜,只需满足侧向变形的限值即可。(剪力墙的数量:规范要求剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力距不宜小于结构总底部地震倾覆力距的50%)
成片的剪力墙最好对称布置,必须遵循“均匀、对称、周边、分散”的原则。因为在地震时全靠它抵抗地震剪力。
高层建筑的层间位移限值
层间位移限值是钢筋混凝土高层结构设计中的一个重要参数,《高层建筑混凝土结构技术规程》在规定结构的弹性层间位移限值时划分了各种不同的结构形式,高度不大于150米的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比框架结构为1/550,框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱剪力墙结构体系为1/800,筒中筒、剪力墙结构体系为1/1000,框支层为1/1000。层间位移限值是保证结构具有必要的刚度,避免过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和舒适度,高层建筑在风载作用下将产生振动,过大的振动加速度将导致建筑物的摇摆,使在建筑内居住和工作的人产生不舒适和恐慌。国外高层建筑多采用钢结构,一般对层间位移角(剪切变形角)加以限制,主要是考虑非结构构件的损坏,它不包括建筑物整体弯曲产生的水平位移,数值较宽松。
对钢筋混凝土结构的高层建筑而言,层间位移限值既要考虑结构构件的开裂,又要考虑非结构构件的损坏。
限制层间位移的目的是:
1、保证主结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙、柱等主要抗侧力构件开裂,同时将梁的裂缝限制在规定允许范围内。
2、保证填充墙、隔墙、幕墙等非结构构件的基本完好,避免出现明显损坏。
高层建筑结构是按弹性阶段进行设计的,地震按小震考虑,风按50年一遇风压标准,结构构件的刚度采用弹性阶段的刚度;内力与位移分析不考虑弹塑性变形。
有三种不同的层间位移变形参数:层间位移角色、有害层间位移角和广义剪切变形。
层间变形传统上以层间位移角表示,它反映剪切型结构的受力特征较为合理,但与弯曲型或弯剪型结构的受力特征的相关性较差。
有害层间位移角主要用来反映剪力墙等弯曲型结构的受力特征,对整个楼盖的变形采用了平截面假定。高层或超高层建筑多为弯剪型结构,一方面构件的变形中存在与受力不相关的楼盖刚性转动成分,另一方面整个楼盖的变形不符合平截面假定,即存在楼盖的竖向翘曲变形。
广义剪切变形的实质是将层间位移角中剪力墙、框架和连梁区格各自不同的刚性位移(转动)部分去除,剩下部分则是受力引起的变形,即是对层间位移角的“去伪存真”。区格的广义剪切变形中包括弯曲变形和剪切变形。与弹性力学中剪切变形的定义相似。将一个楼层划分为剪力墙、框架和连梁三类不同的区格后,由于三类区格下楼盖的转动各不相同,在相同的层间位移角下不同区格的广义剪切变形也不相同。同时,因为将空间结构划分为平面区格,可用不同位置的实际位移计算广义剪切变形,则既可以考虑侧向位移的影响,也可考虑楼盖扭转变形的影响。最大层间位移角一般位于建筑物的中上部位,与受力相关性较差;剪力墙区格的最大广义剪切变形一般位于建筑物的底部或加强层附近,框架与连梁区格的最大广义剪切变形一般位于框架梁和连梁内力最大部位,与受力相关性较好。剪力墙区格的最大剪切变形数值远小于最大层间位移角,当层间位移角限制在1/500以内时,剪力墙区格的最大广义剪切变形均小于1/3000。加之超高层结构竖向构件轴压力远大于剪力,墙肢不会出现裂缝,层间变形的限值主要由框架和连梁区格的广义剪切变形允许值控制。
限制广义剪切变形在理论上比限制层间位移角合理,但计算较繁琐,对于特别复杂的结构,可用广义剪切变形形式代替层间位移角进行计算和限制。
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