型鋼混凝土中高和低剪力墻分析方法研究

中高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)的要求：

一、剪力墻結(jié)構(gòu)

（一）剪力墻的概念和結(jié)構(gòu)效能建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時(shí)，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來(lái)的豎向荷載，同時(shí)承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來(lái)的水平地震作用。剪力墻即由此而得名（抗震規(guī)范定名為抗震墻）。剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，因此墻體的布置必須同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此，可建造較高的建筑物。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下側(cè)移小，其缺點(diǎn)是剪力墻的間距有一定限制，建筑平面布置不靈活，不適合要求大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大，靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可節(jié)約層高。

（二）普通剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置1．平面布置。剪力墻結(jié)構(gòu)中全部豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻承受，所以剪力墻應(yīng)沿平面主要軸線方向布置。

（1）矩形、L形、T形平面時(shí)，剪力墻沿兩個(gè)正交的主軸方向布置；

（2）三角形及Y形平面可沿三個(gè)方向布置；

（3）正多邊形、圓形和弧形平面，則可沿徑向及環(huán)向布置。

單片剪力墻的長(zhǎng)度不宜過(guò)大：

（1）長(zhǎng)度很大的剪力墻，剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期過(guò)短，地震力太大不經(jīng)濟(jì)；

（2）剪力墻以處于受彎工作狀態(tài)時(shí)，才能有足夠的延性，故剪力墻應(yīng)當(dāng)是高細(xì)的，如果剪力墻太長(zhǎng)時(shí)，將形成低寬剪力墻，就會(huì)由受剪破壞，剪力墻呈脆性，不利于抗震。故同一軸線上的連續(xù)剪力墻過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)用樓板或小連梁分成若干個(gè)墻段，每個(gè)墻段的高寬比應(yīng)不小于2.2．每個(gè)墻段可以是單片墻，小開(kāi)口墻或聯(lián)肢墻。每個(gè)墻肢的寬度不宜大于8.0m，以保證墻肢是由受彎承載力控制，和充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。內(nèi)力計(jì)算時(shí)，墻段之間的樓板或弱連梁不考慮其作用，每個(gè)墻段作為一片獨(dú)立剪力墻計(jì)算。

二、剪力墻設(shè)計(jì)剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過(guò)樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡(jiǎn)單計(jì)算。在水平荷載作用下，剪力墻受力分析實(shí)際上是二維平面問(wèn)題，精確計(jì)算應(yīng)該按照平面問(wèn)題進(jìn)行求解?？梢越柚谟?jì)算機(jī)，用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算精度高，但工作量較大。在工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不同類型剪力墻的受力特點(diǎn)，進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。整體墻和小開(kāi)口整體墻：在水平力的作用下，整體墻類似于一懸臂柱，可以按照懸臂構(gòu)件來(lái)計(jì)算整體墻的截面彎矩和剪力。小開(kāi)口整體墻，由于洞口的影響，墻肢間應(yīng)力分布不再是直線，但偏離不大?？梢栽谡w墻計(jì)算方法的基礎(chǔ)上加以修正。聯(lián)肢墻：聯(lián)肢墻是由一系列連梁約束的墻肢組成，可以采用連續(xù)化方法近似計(jì)算。壁式框架：壁式框架可以簡(jiǎn)化為帶剛域的框架，用改進(jìn)的反彎點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算。框支剪力墻和開(kāi)有不規(guī)則洞口的剪力墻：此兩類剪力墻比較復(fù)雜，最好采用有限元法借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的?？蚣艿膫?cè)移曲線是剪切型，曲線凹向原始位置；而剪力墻的側(cè)移曲線是彎曲型，曲線凸向原始位置。在框架—剪力墻（以下簡(jiǎn)稱框－剪）結(jié)構(gòu)中，由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大，在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框—剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線既不是剪切型，也不是彎曲型，而是一種彎、剪混合型，簡(jiǎn)稱彎剪型。在結(jié)構(gòu)底部，框架將把剪力墻向右拉；在結(jié)構(gòu)頂部，框架將把剪力墻向左推。因而，框—剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些，比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些；其頂部側(cè)移則正好相反?？蚣芎图袅υ诠餐袚?dān)外部荷載的同時(shí)，二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用?？蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系，即為協(xié)同工作原理。考慮地震作用組合的剪力墻，其正截面抗震承載力應(yīng)按規(guī)定計(jì)算，但在其正截面承載力計(jì)算公式右邊，應(yīng)除以相應(yīng)的承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE.剪力墻各墻肢截面考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計(jì)值：對(duì)一級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位及以上一層，應(yīng)按墻肢底部截面考慮地震作用組合彎矩設(shè)計(jì)值采用，其他部位可采用考慮地震作用組合彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。

三、多高層剪力墻設(shè)計(jì)實(shí)例

（一）布置剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y 兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長(zhǎng)墻（h/w》8）；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無(wú)法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng)，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻。

（二）配筋及構(gòu)造對(duì)于小高層住宅來(lái)說(shuō)，剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。

（三）剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。加強(qiáng)區(qū)φ10@200，非加強(qiáng)區(qū)φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用φ6@600×600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮w配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡(jiǎn)化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計(jì)算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。

（四）設(shè)置邊緣構(gòu)件一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7%，一般部位0.5%.對(duì)于短肢剪力墻，控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋。

（五）合理配筋剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大。對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí)，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置，腰筋同墻體水平筋。

四、結(jié)語(yǔ)建筑設(shè)計(jì)中剪力墻運(yùn)用具有較好的抗震性能，且結(jié)構(gòu)布置靈活，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好，所以小高層住宅較多的使用這種設(shè)計(jì)形式。經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、施工和使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化，這種結(jié)構(gòu)形式的小高層住宅是值得發(fā)展的住宅模式。總之，對(duì)小高層建筑設(shè)計(jì)一般力求合理性與經(jīng)濟(jì)性，建筑設(shè)計(jì)中要合理把握關(guān)鍵部位及次要部分，這也是小高層建筑設(shè)計(jì)中需要努力改進(jìn)的方向。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。