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对剪力墙的认识与把握

(2007-10-13 13:01:37)
标签:

教育杂谈

分类: 第三部分:网上问答
 

对剪力墙的认识与把握

1、规范对剪力墙的相关规定

1)剪力墙的划分:依据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002(以下简称:“高规”)的相关规定,各类墙肢截面高宽比(截面高度h与厚度bw 的比值,即h /bw )见表1。

表1     各类剪力墙的墙截面高宽比

剪力墙分类

一般剪力墙

短肢剪力墙

超短肢剪力墙

柱形墙肢

剪力墙截面高宽比

h/bw>8

8≥h/bw ≥5

5>h/bw >3

h/bw≤3

说明:表中“超短肢剪力墙”、“柱形墙肢”是笔者为便于区分不同情况而划分的。

2)关于短肢剪力墙:短肢剪力墙较多的剪力墙结构的设计要求见表2。

表2     短肢剪力墙较多的剪力墙结构的设计要求

序号

项目

规定

1

结构的最大适用高度H

(抗震与非抗震)

比剪力墙适当降低,且7度H≤100m、8度H≤60m

2

筒体和一般剪力墙承受的

第一振型底部地震倾覆力矩

≥0.5

为结构总底部倾覆力矩

3

短肢剪力墙的抗震等级

应比一般剪力墙提高一级

4

短肢剪力墙的轴压比

抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.5、0.6和0.7;

无翼墙或端柱时其轴压比限值降低0.1

5

抗震设计时,短肢剪力墙除底部加强部位外的各层剪力设计值增大系数

一级1.4、二级1.2

6

抗震设计时,短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的最小配筋率

底部加强部位1.2%

其他部位1.0%

7

短肢剪力墙的最小截面厚度

200mm

8

7度和8度抗震设计时

短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁

2、对规范规定的理解与认识

1)“混凝土规范”规定 h/bw>4时,按剪力墙要求设计;

2)对于h/bw ≤3的剪力墙墙肢,规范规定按框架柱进行截面设计。注意:此处规范规定的是“按框架柱进行截面设计”,就是在抗力设计时,采用柱截面计算的原则来确定墙肢的,其他要求同墙。有文献提出墙肢的轴压比也按框架柱要求。比较可以发现,在抗震等级相同时,规范对于框架柱的轴压比限值要远大于对墙肢轴压比限值,因此对小墙肢按框架柱要求控制轴压比是不合适的。

3)当短肢剪力墙较多时,应采取相应的结构加强措施,见表2,概括起来主要有以下几点:

(1)短肢剪力墙的纵向配筋,不区不同分抗震等级,加强部位相当于一级抗震等级时的一般剪力墙约束边缘构件的配筋要求,其他部位则当于二级抗震等级时的一般剪力墙约束边缘构件的配筋要求。

(2)对短肢剪力墙应进行剪力再增大(增大系数:一级1.4,二级1.2)。

(3)对普通剪力墙只限制加强部位的轴压比(一级0.5(9度0.4)、二级0.6),而对短肢剪力墙则限制所有部位(加强区与非加强区)的轴压比(一级0.5、二级0.6、三级0.7)。

(4)对一字形短肢剪力墙应采取比带翼墙短肢剪力墙更严格的抗震措施(轴压比限值再降0.1)。

4)当短肢剪力墙不较多时,可不采取短肢剪力墙较多时相应的结构加强措施;

5)抗震与非抗震设计的高层建筑结构均不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

6)规范没有明确规定单层及多层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构;

3、对剪力墙划分的设计建议

1)短肢剪力墙的实用划分原则:短肢剪力墙(8≥ h/bw ≥5)分为一字形短肢剪力墙和带翼墙(翼墙长度≥3 时)短肢剪力墙。当剪力墙截面厚度 bw≥H/15(H为层高)、 ≥300mm且 ≥2000mm的墙,可不按短肢剪力墙考虑。(注意:广东省标准(DBJ/T 15-46-2005)规定:“剪力墙截面高度与厚度之比大于4、小于8时为短肢剪力墙。当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15,且不小于300mm,高度与厚度之比大于4时仍属一般剪力墙”。上述规定在墙厚300mm时出现很大的跳跃)。

2)对有效翼墙的判定,有资料依据规范对剪力墙边缘构件范围的规定,来定义T型截面剪力墙的翼墙长度(要求在翼墙宽度每侧不小于2倍墙厚时才认定翼墙有效)是不合理的,任何情况下,当翼墙长度不小于墙肢厚度 (注意此处是墙肢的截面厚度,而不是翼墙本身的截面厚度 )的3倍时,均可认为翼墙有效。

3)对短肢剪力墙较多的判别

所谓“短肢剪力墙较多”没有定量的界限,但从概念上说,可以从承受竖向荷载的能力、结构底部的倾覆力矩及结构的均匀对称性三方面综合确定,当符合下列条件之一时,可判定为“短肢剪力墙较多”。

(1)短肢剪力墙的截面面积占剪力墙总截面面积50%以上;

(2)短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩达到结构总倾覆力矩的40%~50%时;

(3)短肢剪力墙承受荷载的面积较大,达到楼层面积的40%~50%以上(较高的建筑允许的面积应取更小的数量);

(4)短肢剪力墙的布置比较集中,集中在平面的一边或建筑的周边。也就是说,当短肢剪力墙出现破坏后,楼层有可能倒塌。

上述(1)、(2)项,其本质是对结构倾覆力矩的判别,比较可以发现:当按(1)要求判别时,短肢剪力墙的倾覆力矩约为结构倾覆力矩的20%~30%,相比(2)小得多;(3)、(4)项则从短肢剪力墙承受竖向荷载的能力及结构均匀对称的角度来把握。

4)当在剪力墙结构中设置少量的短肢剪力墙时,并不影响对原结构体系的判别,其结构仍可确定为剪力墙结构,可不采取规范对短肢剪力墙较多时相应的结构加强措施;

4.剪力墙倾覆力矩比对结构体系的影响分析

1)对任何形式的钢筋混凝土结构,都可以通过结构底部剪力墙的倾覆力矩Mw与结构底部总倾覆力矩M0 的比值加以区分(图1),结构体系与 Mw/M0 的大致关系见表39。

(由于博客无法将图形展现出来,更多了解请去工作室网页,或查阅我的《图解》及《问答》书)

图1   结构体系与 Mw/M0 的大致关系

表3          结构体系与 Mw/M0 的大致关系

结构体系

纯框架结构

少量剪力墙的框架结构

框架-剪力墙结构

少量框架的剪力墙结构

剪力墙结构

强框架

弱框架

Mw/M0

0

0~0.2

0.2~0.5

0.5~0.8

0.8~1.0

1.0

注:对应于少量剪力墙的框架结构,上表相应确定少量框架的剪力墙结构。

2)剪力墙倾覆力矩的取值

对剪力墙倾覆力矩的取值部位,规范没有明确的规定(短肢剪力墙较多时除外),应根据工程经验确定,一般情况下,对均匀对称的结构可取结构底部,对其他结构可取底部加强部位。

3)对框架-剪力墙结构,可根据 Mw/M0 比值判定为强框架或弱框架的框架-剪力墙结构。

(1)当0.2< Mw/M0 <0.5时,属于强框架的框架-剪力墙结构,相应地框架的抗震等级按框架结构确定;

(2)当0.5≤ Mw/ M0<0.8时,属于弱框架的框架-剪力墙结构,为典型的框架-剪力墙结构体系;

(3)是否可将结构确定为框架-剪力墙结构,关键看结构是否能真正形成二道防线。

4)关于少量框架的剪力墙结构

在剪力墙结构中设置少量的框架,结构的主要抗侧力构件仍为剪力墙,少量框架根本起不到二道防线的作用,因此,不能将其归类为框架-剪力墙结构,在结构设计中应采用包络设计的原则,设计剪力墙时,可不考虑框架柱的抗侧作用(在框架柱EA不变时,对EI取小值),按纯剪力墙结构计算;对框架柱可按框架-剪力墙结构中的框架柱设计。

5)关于少量剪力墙的框架结构

(1)少量剪力墙的框架结构仍应归类为框架结构;

(2)只有在纯框架结构强度计算满足规范要求,而框架结构的弹性位移角不满足1/550的要求时,才设置少量剪力墙以使结构的弹性位移满足1/550的要求,设置剪力墙的根本目的是为了利用剪力墙的弹性刚度,满足规范对框架结构的弹性位移限值要求;

(3)规范只规定“结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作”,但仅进行协同工作计算是不够的,对框架结构应分步计算,即按纯框架结构(去除剪力墙)计算、按框架-剪力墙结构计算,采用包络设计的原则,框架的抗震等级按框架结构确定;

(4)应特别注意:对少量剪力墙的框架结构应验算在剪力墙失效后(去除剪力墙)结构的弹塑性变形,并应使其满足规范对框架结构的要求。

(5)剪力墙的设计

规范未明确少量剪力墙的框架结构中剪力墙的设计原则,这给剪力墙设计带来相当的困难,剪力墙的设计也成为此类结构设计的焦点,其关键问题集中在剪力墙的抗震等级的确定和配筋原则等。

有文献要求按框架-剪力墙结构确定剪力墙的抗震等级并配筋,实际工程中问题很多,首先,结构体系混淆不清,与框架-剪力墙结构混为一谈,其次,由于设置的剪力墙很少,剪力墙的超筋现象很普遍,也无法按一般剪力墙设计。为此文献[4、5]提供了对剪力墙设计的三种方法供读者选择采用。

(6)特别建议

由于布置少量剪力墙的框架结构在设计原则及具体设计中存在诸多不确定因素,给结构设计和施工图审查带来相当的困难,笔者建议,结构设计中应尽量避免采用,尽可能采用概念清晰、便于操作且抗震性能较好的框架-剪力墙结构。当必须采用时,应提前与施工图审查单位沟通,以利于设计顺利进行,避免返工。

6)根据 Mw/M0 的比值确定结构体系,在对结构体系区分的量值把握上可以有所不同(如图1中0.2和0.8),但不影响对结构体系的宏观控制标准,为此在实际工程中应尽量避免采用结构体系分界线附近的结构(图1中 Mw/M0 =0.2、0.8附近区域),避免因结构设计的调整带来结构体系飘忽,给结构设计及施工图审查带来困难。

 

 

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)中国建筑工业出版社。

[2] 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)中国建筑工业出版社。

[3] 朱炳寅、陈富生。建筑结构设计新规范综合应用手册中国建筑工业出版社2005。

[4] 朱炳寅。建筑结构设计规范应用图解中国建筑工业出版社2005。

[5] 朱炳寅。配置少量剪力墙的框架结构建筑结构。技术通讯2007.5

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