3、合理确定剪力墙的截面高度与厚度
(1)标准层:一般住宅标准层剪力墙的厚度取为200mm则基本可满
足稳定性和轴压比的要求,这时,除提高刚度需要或建筑构造需要
或减少梁跨需要等情况外,剪力墙截面高度可取1650mm,即可满足
成为一般剪力墙,我们可称之为200厚剪力墙的经济长度。
(2)底部层高较大的楼层:由于建筑使用功能的需要,建筑物在底
部的地下室、架空层、裙楼等楼层往往具有较大的层高,这时剪力
墙因稳定性的要求(构造或稳定验算)需有较大的厚度,对上部标
准层长度为1650的一般剪力墙,则会因剪力墙厚度增大而使其在底
部楼层变为短肢剪力墙,为使底部层高较大楼层的剪力墙仍能满足
不属“短肢剪力墙”的要求,可考虑如下的处理方法:
① 将剪力墙厚度加大为不小于层高的1/15,且不小于300mm,则当
剪力墙高度与厚度之比大于4时,仍可视为一般剪力墙,如即使层高
为6米,当剪力墙厚度为400时,1650长度的剪力墙仍属一般剪力
墙。实际操作时,对长度较大,轴压比较小的剪力墙,当稳定性能
满足要求且截面高度与厚度之比亦不小于8时,也可不将剪力墙厚度
加大至层高的1/15。该法的优点是基本不需加长剪力墙,对建筑功
能不会有太大的影响;缺点是剪力墙折算厚度较大。
② 在条件允许时,在楼层间设置一层分隔梁,沿剪力墙平面外拉设
以提供其平面外平动及转角自由度的约束,大致相当于多设一层楼
盖的效果,以减少剪力墙的计算长度,从而使剪力墙厚度不需太大
也能满足一般剪力墙的条件,也能满足稳定性的要求。
③ 在保证剪力墙厚度能满足稳定性要求的前提下增加剪力墙长度,
使50%以上面积的剪力墙截面高度与厚度之比满足不小于8的要求。
该法的缺点是会使较多的剪力墙在底部楼层增加长度,因与建筑往
往对底部车库、架空层、裙楼等有较大空间的要求相违背而影响建
筑使用功能,建议慎用。
二、剪力墙抗震等级及约束边缘构件配置范围的确定
1、一般剪力墙
多层、高层建筑结构的剪力墙分别按《抗规》第6.2.1条和《高规》
第4.8.2、4.8.3条查表确定抗震等级,注意对非高层结构不存在短
肢剪力墙的提法,故多层结构均对截面高度与厚度之比不小于4的
剪力墙均按一般剪力墙考虑。一、二级剪力墙底部加强部位及其上
一层需设约束边缘构件,三、四级剪力墙全高只需设构造边缘构件
而不需设约束边缘构件。
2、短肢剪力墙
短肢剪力墙是专门针对高层结构提出的概念,按《补充规定》第
6.0.3条的规定,短肢剪力墙的抗震等级需比其他相同条件的一般剪
力墙提高一级,一、二、三级墙(包括无翼缘和端柱的一字墙,当
端部翼缘长度小于其厚度3倍或端柱边长小于墙厚的2倍时,视为无
翼缘或无端柱)轴压比限值分别为0.5、0.6、0.7,且底部约束边
缘构件纵筋配筋率不小于1.2%,其他部位的构造边缘构件不小于
1%。当长度相同的墙肢,在底部层高较大楼层因厚度较大属短肢剪
力墙,抗震等级需提高为二级,在标准层则因厚度变小而属一般剪
力墙,抗震等级为三级时,则在属短肢剪力墙的楼层按《补充规
定》第6.0.3条采取加强措施,在上部属一般剪力墙的楼层均不采取
加强措施,不需按加强部位再加一层的高度设置约束边缘构件;反
之,当相同墙肢在下部层高较大楼层属一般剪力墙(满足《补充规
定》第3.2.3条规定)为三级,而在上部标准层属短肢剪力墙为二级
时,则建议下部剪力墙也按二级设计,以体现剪力墙在底部楼层受
力更大、对保证结构的强度和延性更为重要的特点。
3、错层结构的剪力墙
错层在《补充规定》第9.4.1条中有定量化的定义:楼层板面高差大
于相连处楼面梁高,或板面高差小于相连处楼面梁高但楼板间垂直
净距大于支承梁宽时称为错层。错层主要会带来以下不利影响:
(1)楼板变高差处导致楼板传递剪力的路径局部中断,严重时造成
楼板平面内无限刚的假定不成立;(2)当楼板变高差两侧的结构在
地震作用下出现反向的运动趋势时,将对交接处的竖向构件产生非
常不利的附加内力。设计中因楼板凹凸的情况十分复杂,对整个结
构的影响也未必会产生上述不利影响,故需根据实际情况灵活掌握
判断尺度。如一般标准层中的厕所凹板或大厅板的下沉,并不会造
成剪力传递整体中断(只是局部削弱),下沉板因较小也不会产生
反向振动,故不作错层论;又如首层平面塔楼外范围楼板下沉覆土
与塔楼范围的楼板形成高差,一方面因实际进行单塔楼计算时并没
有将塔楼内外楼盖作为一个整体刚性平面输入,另一方面因塔楼外
的楼盖全埋在地下,较低一侧楼盖受地震反应的影响较小(可近似
看成振动基本与地基土同步),同时由于覆土对高差处形成侧限,
从而大幅减少较高一侧楼盖对交接处竖向构件的附加内力,故也可
不作错层论。
按《高规》第10.4.5条,对错层交接处平面外受力的剪力墙,抗震
设计时厚度不应小于250mm,并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱,
抗震等级应提高一级采用(按规范精神,短肢剪力墙抗震等级应进
行叠加式的提高)。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30,
水平和竖向分布钢筋的配筋率,抗震设计时不应小于0.5%。另,错
层处的框架柱截面高度不应小于600,砼强度等级不低于C30,抗震
等级提高一级,箍筋全柱段加密。
4、大底盘多塔楼结构的剪力墙
按《高规》第10.6.4条,塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力
墙,从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内,柱纵向钢筋的最小
配筋率宜适当提高,柱箍筋宜在裙楼屋面上、下层的范围内全高加
密,剪力墙宜设置约束边缘构件。相应条文说明解释为,为保证塔
楼与底盘共同工作,塔楼之间裙房连接体的屋面梁以及塔楼外围一
圈墙柱从固定端到出裙房屋面上一层的高度范围内,在构造上应予
特别加强。故我司在执行该条时,要求将塔楼外围一圈剪力墙设约
束边缘构件,范围从固定端到大底盘屋面上一层,约束边缘构件按
二级构造配筋,当已为二级的短肢剪力墙时,抗震等级不再提高。
三、剪力墙边缘构件纵筋及分布钢筋的构造要求
有关剪力墙配筋的构造要求主要依据《高规》第7.2.16~7.2.18
条,请大家认真阅读规范。
四、剪力墙构造配筋表的原理简介、使用说明及改进方向
我司编制剪力墙构造配筋表的主要目的是为了简化剪力墙设计的工
作量,使剪力墙的配筋标准化,提高设计效率。其简化理念为,一
方面将大量机械重复的配筋率计算工作以查表代替,在提高计算效
率的同时也减少了计算出错的机会,另一方面以标准大样结合填表
的形式可大幅减少边缘构件制图的工作量,由于边缘构件纵筋采用
固定间距的约定,与板、独立基础等的配筋方式类似,且标出了钢
筋的总数,故也不存在读图困难或施工出错的问题(必要时可在技
术交底时进行相应的解释)。
其基本原理是:根据约束和构造边缘构件的纵筋配筋率及配箍率构
造特点(约束边缘构件的配筋及配箍率较大,构造边缘构件相对较
小),在使箍筋、纵筋直径较适合施工的条件下(如箍筋直径一般
控制不大于10mm,否则对于一般边缘构件箍筋尺寸较小的情况施工
加工有一定困难)约定纵筋的间距,箍筋或拉筋与纵筋成每根纵筋
布置一肢或隔一根纵筋布置一肢的固定关系,即使纵筋间距和箍筋
肢距按固定间距的分布筋的形式确定,约定间距和肢距的目的是使
与配筋率、配箍率相关的变量数量尽量少,这样对一定尺寸和砼等
级的边缘构件,其纵筋配筋率仅与纵筋直径有关,体积配箍率则与
箍筋直径和竖向间距有关,从而使知道抗震等级、截面尺寸和混凝
土强度等级的边缘构件,通过查表得出纵筋直径、箍筋直径及竖向
间距,并结合标准截面大样图即可确定整个构件的构造配筋。剪力
墙构造配筋表中边缘构件的配筋率及配箍率是完全依据《高规》第
7.2.16~7.2.18条确定的,每个参数的计算均在EXCEL表格中有反
映,只是为方便查表而将中间过程隐藏,同时也考虑了当剪力墙厚
度较大时需在截面端部中间加配纵筋的影响。
使用方法很简单,按边缘构件的抗震等级、砼强度等级及在墙柱定
位图中确定的厚度和边缘构件截面总高度,对应查表即可。其中边
缘构件截面总高度对L型、T型截面要扣除重叠部分长度,在填写边
缘构件配筋表时要求写出纵筋的总数量(举例讲边缘构件纵筋数量
的计算方法)。另,查表时需注意,目前表格仅按相应的配筋率和
配箍率控制钢筋数值,未完全反映规范的构造要求,如一级非加强
部位的构造边缘构件箍筋间距不大于150,三级加强部位的构造边缘
构件箍筋间距不大于150等,请设计人员注意更正
五、采用剪力墙构造配筋表方法进行剪力墙设计的步骤
1、计算确定各层剪力墙的长度及厚度,且保证剪力墙结构属一般剪
力墙结构体系,即一般剪力墙面积超过总面积的50%。
2、确定各墙肢的抗震等级,明确短肢剪力墙、错层交接处、大底盘
塔楼外围等有特殊构造及配筋要求的剪力墙。
3、按《高规》7.2.16、7.2.17条确定各墙肢的边缘构件尺寸。
4、先按构造要求查表完成各墙肢的配筋,注意如下问题:
(1)约束边缘构件与构造边缘构件的区别
① 尺寸大小不同,详见《高规》7.2.16、7.2.17条规定。
② 纵筋配筋率要求不同,详见《高规》7.2.16、7.2.17条规定,故
表格中对约束边缘构件的纵筋约定间距为100,构造边缘构件为
200,另需注意对复杂高层、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力
墙结构中的剪力墙,配筋率的要求有所提高。
③ 箍筋的配箍特征值要求不同,约束边缘构件要求配箍特征值ëv=
0.2,故箍筋约定肢距为100;构造边缘构件分为两种情况,对于一
般剪力墙结构无配箍特征值的要求,按不低于《高规》表7.2.17的
构造配置即可,对复杂高层、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力
墙结构中的剪力墙,要求配箍特征值ëv=0.1,需按此计算确定构造
配筋,因构造边缘构件配箍相对较小,故约定肢距为200。另需建立
对边缘构件中箍筋作用的正确概念,注意它并非由内力计算所得,
边缘构件箍筋的作用在于通过箍筋的约束,使边缘构件范围的砼成
为约束砼,与普通砼相比,约束砼具有更大的极限压应变,即砼在
压碎破坏前具有更强的变形能力,亦即使剪力墙构件具有更高的延
性。故该措施作用在于通过构造加强提高剪力墙在极限状态下的延
性,在程序的计算输出中不会提供该项内容。
当同一墙柱平面中既有约束边缘构件又有构造边缘构件时,必须分
别用相应的构件配筋表及标准大样。
(2)确定有特殊构造及配筋要求的剪力墙的钢筋。
(3)查表时,纵筋数量的计算方法。
计算时,约束边缘构件纵筋间距按100,构造边缘构件纵筋间距按
200(必要时纵筋加密一倍),算得的排数按四舍五入取整,并注意
加上端部中间的5号钢筋。(举例)
(4)纵筋直径的确定
① 不小于查表值;
② 一半楼层以下使边缘构件配筋水平大于竖向分布筋的配筋水平
(对四级抗震,可只控制到底部加强部位),注意配筋水平指配筋
率,由钢筋直径和间距共同控制;
③一半楼层以上,边缘构件纵筋的配筋水平可与竖向分布筋相同。
(5)剪力墙分布钢筋的确定
① 不小于计算确定值(一般0.25%,转换层落地加强部位0.3%,错
层交接处0.5%,特一级0.4%);
② 对底部加强部位作适当加强,我司目前定为不小于
Ô12@200,当墙厚较大或层高很大时,尚应适当加大;
③ 一半楼层以下对一般200厚剪力墙为双向
Ô10@
200;
④ 一半楼层以上对一般200厚剪力墙,竖向分布筋为
Ô10@200,水平分布筋为
ô8@200
。
(6)对同时属某方向墙肢的剪力墙翼缘的配箍处理。
因墙肢同时有水平分布筋的配筋要求,故当翼缘相对较长,分担的
水平剪力较大时,若整个按边缘构件的构造要求配箍可能会偏于不
安全。故我司现定当翼缘高厚比不小于4时,该边缘构件的配箍水平
应与水平分布筋的配筋水平相当。如在底部加强部位,箍筋不小于
Ô10@150与
Ô12@200
的水平分布筋水平相当。
5、查由程序计算控制的边缘构件纵筋及水平分布筋,并对前面按构
造完成的剪力墙配筋进行相应调整。
6、剪力墙及其边缘构件编号规则约定。
凡由计算控制配筋的边缘构件编号加上s后缀。