高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻要點(diǎn)高層建筑結(jié)構(gòu)中主要受力的構(gòu)件包括框架梁、柱、樓板和剪力墻。其中作為垂直構(gòu)件的混凝土剪力墻是其提供結(jié)構(gòu)剛度的第一構(gòu)件，它在高層建筑當(dāng)中承受結(jié)構(gòu)的絕大部分橫向荷載和垂直荷載。而當(dāng)高層建筑的受力結(jié)構(gòu)主體全部由剪力墻構(gòu)件來(lái)構(gòu)成時(shí)，就形成了通常所說(shuō)的剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻結(jié)構(gòu)中單肢的剪力墻承擔(dān)了所有的橫向荷載和垂直荷載?；炷良袅Y(jié)構(gòu)是一種較為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系，屬于剛性結(jié)構(gòu)，其剛度和強(qiáng)度都比較高并且具備一定的展延性，傳力也均勻直接，有不錯(cuò)的抗倒塌能力和較高的整體性。高層建筑混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從下述幾個(gè)方面來(lái)考慮。1合理的結(jié)構(gòu)布置所有民用建筑的結(jié)構(gòu)布置都應(yīng)盡可能遵循簡(jiǎn)潔、規(guī)則的原則，保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心相一致，而對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，剪力墻的方案布置、墻肢的長(zhǎng)短等均應(yīng)合理。因?yàn)榈撞靠蚣芤灰患袅Y(jié)構(gòu)中的剪力墻屬于低矮墻，且其抗剪剛度相對(duì)較大，所以如果平面形式復(fù)雜、布置的墻肢較長(zhǎng)，就很容易出現(xiàn)受力過(guò)于集中、局部剛度過(guò)大的現(xiàn)象，甚至往往出現(xiàn)只布置極少的剪力墻就能滿(mǎn)足上下層的抗側(cè)剛度比限值的情況。所以在剪力墻布置方案上必須要堅(jiān)持對(duì)稱(chēng)、均勻、周邊、分散的原則，且墻片不宜過(guò)長(zhǎng)，墻片平面形式也不宜采用增強(qiáng)抗側(cè)剛度的“T”、“L”等平面形式，而應(yīng)盡可能采用“一”字平面形式。同時(shí)還應(yīng)控制好剪力墻的最大間距，以滿(mǎn)足規(guī)范的要求。縱向剪力墻還應(yīng)在外縱軸布置好開(kāi)窗洞的剪力墻，這樣就能大大增強(qiáng)其橫向抗傾覆的能力，以避免邊柱產(chǎn)生過(guò)大的拉力和壓力。2建筑高度和層數(shù)要求根據(jù)資料和研究證明，隨著樓層數(shù)的增加，剪力墻結(jié)構(gòu)的震害將會(huì)加劇，所以規(guī)范對(duì)于結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑物的高度和層數(shù)有著嚴(yán)格的限值要求。其中的建筑高度指的是從室外地面至檐口或者屋面板板面的高度，對(duì)于半地下室結(jié)構(gòu)則從室內(nèi)地面算起，而對(duì)于全地下室或者嵌固條件較好的半地下室則仍然應(yīng)從其室外地面算起。對(duì)于那些帶閣樓的坡屋頂則應(yīng)算至山墻的半高處。3抗震要求根據(jù)歷史上地震的記錄及其分析研究，之所以底層框架一一剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，究其原因就在于其上部剛度和底層剛度之比太過(guò)于懸殊。因而導(dǎo)致當(dāng)?shù)卣鸺凶饔玫降讓訒r(shí)，就會(huì)因?yàn)榈讓觿偠容^上部結(jié)構(gòu)要小得多而造成底層彈塑性的明顯且突出的集中變形的現(xiàn)象。所以控制上部剛度和底層剛度之比是非常關(guān)鍵的。對(duì)于不同的抗震設(shè)防烈度，抗震要求也有一定的區(qū)別。4底層框架柱布置如果剪力墻結(jié)構(gòu)的底層是全框架的結(jié)構(gòu)形式，那么在其內(nèi)柱X、Y向軸線的砌體墻中均應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱或者框架柱，且其底部全框架結(jié)構(gòu)的柱距不宜太大，一般要求控制在到八米以?xún)?nèi)，而且每根框架梁上最多只能設(shè)置一道非落地的剪力墻。從使用功能來(lái)講，通常底部全框架結(jié)構(gòu)的民用建筑大部分為商住樓，而該跨對(duì)應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)即可分割成兩個(gè)開(kāi)間，無(wú)論上部結(jié)構(gòu)是用作辦公還是住宅，該跨所對(duì)應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)開(kāi)間的尺寸都能夠達(dá)到填充砌體結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的功能，以此來(lái)控制每根框架梁上部?jī)H設(shè)置一道非落地墻。與此同時(shí)考慮到大框架梁的梁高一般控制在梁跨的八分之一到五分之一，而如果柱距過(guò)大，就會(huì)使得梁截面及其配筋率出現(xiàn)超限，而且增加上部結(jié)構(gòu)非落地墻的數(shù)量也會(huì)使這種現(xiàn)象趨于嚴(yán)重。5過(guò)渡層的設(shè)計(jì)對(duì)于存在過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)，比如底層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體在地震中需要提供的抗傾覆力矩和抗剪切力最大，且其受力也最不利。除此之外，由于在垂直均勻荷載的作用下，過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體處于拉剪或者者壓剪的應(yīng)力狀態(tài)，而一旦有橫向荷載作用時(shí)，過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體的橫向承載力及其抗裂性能都將相應(yīng)地降低。根據(jù)試驗(yàn)表明，在垂直和反復(fù)橫向荷載的作用下，過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層的剪力墻墻體的橫向承載力大約會(huì)降低兩到三成。而如果按驗(yàn)算一般墻體橫向承載力的方法，當(dāng)其托梁的高跨比或者者垂直荷載較小時(shí)，就將會(huì)過(guò)高地估計(jì)過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層剪力墻的抗震承載力，從而降低結(jié)構(gòu)抗震的安全可靠性。因此過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層應(yīng)在每開(kāi)間設(shè)置圈梁以及構(gòu)造柱，以形成類(lèi)框架體系，從而增強(qiáng)過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層傳遞地震剪切力的能力，并大大增加其展延性以及耗能能力。6連梁設(shè)計(jì)剪力墻的連梁是一件耗能構(gòu)件，因此它的剪切破壞將對(duì)抗震不利，并會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性大大降低。在設(shè)計(jì)過(guò)程中就要注意對(duì)連梁進(jìn)行強(qiáng)剪弱彎的驗(yàn)算，以保證連梁的剪切破壞晚于彎曲破壞。所以切忌人為來(lái)加大連梁的縱筋，這樣就有可能無(wú)法滿(mǎn)足其強(qiáng)剪弱彎的要求，也不能單純地認(rèn)為加大箍筋就一定能保證其強(qiáng)剪弱彎的要求。因?yàn)楫?dāng)連梁不能滿(mǎn)足其截面控制條件時(shí)，一味盲目地增加箍筋必然會(huì)導(dǎo)致連梁在其箍筋還未充分發(fā)揮作用時(shí)就發(fā)生剪切破壞。而連梁截面的抗剪計(jì)算中，對(duì)于那些跨高比大于2.5的連梁，應(yīng)注意將其剪力設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。7長(zhǎng)墻肢的處理高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)還必須具備足夠的展延性，特別是對(duì)于呈高細(xì)形狀的剪力墻即高寬比超過(guò)二而言，就具有較好的展延性和彎曲破壞的屬性，從而能夠很好地避免發(fā)生脆性剪切破壞。然而在墻肢長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的情況中，為了滿(mǎn)足其每個(gè)墻段的高寬比都超過(guò)二，就可以采取開(kāi)洞的方式來(lái)將長(zhǎng)墻分割成為獨(dú)立的、小而均勻的墻段。此外，當(dāng)其墻段的長(zhǎng)度較小時(shí)，因受彎而導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的寬度也比較小，這樣就可以充分地發(fā)揮出剪力墻墻體配筋的作用。另外對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中存在的不多的長(zhǎng)度超過(guò)八米的剪力墻長(zhǎng)墻肢而言，在理論計(jì)算當(dāng)中其樓層的剪力絕大部分都是由這些剪力墻的長(zhǎng)墻肢來(lái)承擔(dān)。因此在發(fā)生地震尤其是超烈度的強(qiáng)震時(shí)，這些長(zhǎng)墻肢就是最容易遭到破壞的。而短墻肢則會(huì)因沒(méi)有足夠多的配筋，從而使整個(gè)墻面的結(jié)構(gòu)遭到全面的破壞。為了避免這種不利的現(xiàn)象發(fā)生，因此對(duì)于大于八米的長(zhǎng)墻肢，可以通過(guò)以下兩種方法來(lái)處理：7.1采取開(kāi)施工洞，也就是在施工的過(guò)程當(dāng)中于墻上留洞，而混凝土結(jié)構(gòu)完成時(shí)再砌筑填充墻體，從而將長(zhǎng)墻肢分隔成為短墻肢。7.2采取開(kāi)計(jì)算洞，也就是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PK計(jì)算的過(guò)程中假設(shè)有洞，而在繪制施工圖時(shí)卻不留洞，從而通過(guò)這種特殊的計(jì)算方式來(lái)加強(qiáng)其它的短墻肢的配筋。對(duì)于這種方法而言一般適合用作地下室外墻等不允許開(kāi)施工洞的長(zhǎng)墻肢。剪力墻是一切復(fù)雜的根源。目前的結(jié)構(gòu)分析軟件情況下，對(duì)于空間桿元結(jié)構(gòu)的分析，得出的結(jié)論基本上一致。但是對(duì)于剪力墻采用計(jì)算模型的不同，產(chǎn)生的差異較大，有墻元模型、殼元模型及膜元模型。其它：考慮剛性樓板假定的原因，是基于同一種條件下對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)的判斷。是基于層模型的分析判斷。主要為整體控制指標(biāo)的計(jì)算時(shí)采用，如層間位移角、扭轉(zhuǎn)位移比、周期比、結(jié)構(gòu)底部抗傾覆力矩計(jì)算、結(jié)構(gòu)剪重比計(jì)算、結(jié)構(gòu)的剛重比計(jì)算等。不考慮剛性樓板假定的工況：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析計(jì)算，即梁、板、柱、墻。周期比的判斷，應(yīng)采用剛性樓板假定，對(duì)不符合剛性樓板假定的結(jié)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)周期比的判別將無(wú)實(shí)質(zhì)意義。位移比扭轉(zhuǎn)位移比的判斷，采用剛性樓板假定，應(yīng)取單向地震作用的、按規(guī)定水平力計(jì)算的;并且考慮偶然偏心。位移角：結(jié)構(gòu)樓層位移和層間位移控制值驗(yàn)算，采用CQC效應(yīng)組合，且可不考慮偶然偏心的影響。地震作用計(jì)算：?jiǎn)蜗虻卣饡r(shí)，應(yīng)考慮偶然偏心，緣于結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度和質(zhì)量分布相對(duì)于計(jì)算假定值得偏差，實(shí)際地震時(shí)存在地面扭轉(zhuǎn)分量，結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)時(shí)抗側(cè)力剛度退化程度的不同。采用考慮偶然偏心的方法是簡(jiǎn)便實(shí)用的方法。雙向地震：《抗規(guī)》5.1.1條：質(zhì)量與剛度分布明顯不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,可認(rèn)為質(zhì)量和剛度處于明顯不對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。規(guī)范對(duì)雙向地震的計(jì)算是對(duì)x方向地震和y方向地震均不考慮偶然偏心的再組合。但是和單向地震作用結(jié)果不同，單向地震作用考慮偶然偏心EXM、EYM或EXP、EYP。重力荷載代表值屋面活荷載是否計(jì)入的問(wèn)題：對(duì)于不上人屋面可不計(jì)入。對(duì)于上人屋面，應(yīng)計(jì)入;因?yàn)閷?shí)際工程中屋面具有較強(qiáng)的使用功能。最小剪重比：對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，同烈度時(shí)場(chǎng)地條件好的結(jié)構(gòu)不容易滿(mǎn)足，存在一定問(wèn)題。目前存在兩種爭(zhēng)議，最小剪重比和剛度都需要滿(mǎn)足規(guī)范的要求，以及在滿(mǎn)足剛度要求的情況下可以不需要滿(mǎn)足最小剪重比的要求。大多數(shù)結(jié)構(gòu)處于速度控制段，按規(guī)范的方法過(guò)于計(jì)算復(fù)雜，可直接按照加速度控制段的調(diào)整方法計(jì)算。偏于安全。樓梯間的問(wèn)題，按照平法圖集底端滑動(dòng)的做法有以下方面的問(wèn)題存在：a，時(shí)間長(zhǎng)以后滑動(dòng)支座是否還能滑動(dòng);b，梯板下端滑動(dòng)后對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生如何新的影響;c，框架柱被樓梯平臺(tái)分割成短柱的問(wèn)題仍然存在。建議采用樓梯間梯柱為框架柱，沿著樓梯建周邊設(shè)置暗梁。并且梯柱按抗震要求進(jìn)行抗震等級(jí)構(gòu)造措施。在模型中建立樓梯進(jìn)行計(jì)算是下策。強(qiáng)柱弱梁：實(shí)際地震中難以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁破壞。主要原因是彈性模型加大了梁端負(fù)彎矩;裂縫計(jì)算時(shí)，內(nèi)力取值位置與實(shí)際位置不統(tǒng)一，導(dǎo)致裂縫過(guò)大，從而加大了配筋;梁底部配筋加大過(guò)多;現(xiàn)澆樓板對(duì)梁端實(shí)際承載能力的影響。設(shè)計(jì)中宜：考慮塑性?xún)?nèi)力重分布，設(shè)置梁凈跨單元;正確區(qū)分梁跨中配筋和梁端底筋配筋要求的不同性。當(dāng)梁底多排鋼筋時(shí)，第二排可在柱截面外截?cái)?。剛性樓板假定：剛性樓板假定和?qiáng)制剛性樓板假定不同。岡0性樓板假定：平面內(nèi)無(wú)限剛，片面外剛度為零。板的自由度為3個(gè)。強(qiáng)制剛性樓板假定：不區(qū)分剛性板、彈性板或獨(dú)立的彈性節(jié)點(diǎn)，位于一個(gè)樓層時(shí)，均強(qiáng)制從屬一個(gè)剛性板。注意：對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如不規(guī)則坡屋頂、體育館看臺(tái)、工業(yè)廠房，或者柱、墻不在同一標(biāo)高躍層柱，或者沒(méi)有樓板等情況，如果采用強(qiáng)制剛性樓板假定，結(jié)構(gòu)分析會(huì)嚴(yán)重失真即計(jì)算出的結(jié)果不具有參考意義。對(duì)