淺議高層建筑工程中剪力墻加固技術(shù)

1、淺議高層建筑工程中剪力墻加固技術(shù)    摘要:本文筆者結(jié)合自己多年的經(jīng)驗(yàn),首先討論了剪力墻設(shè)計(jì)概述,接著分析了墻體最小厚度及配筋量、柱的加固和剪力墻的加固、混凝土的養(yǎng)護(hù),最后研究了大底盤結(jié)構(gòu)中高層建筑部分的嵌固部位和剪力墻的延性破壞。 關(guān)鍵詞: 建筑工程；剪力墻；加固技術(shù)； 中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號： 1. 剪力墻設(shè)計(jì)概述 剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻是一種平面構(gòu)件,它除承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外,還承擔(dān)豎向壓力。即在軸力、彎矩、剪力同時(shí)作用的復(fù)合狀態(tài)下工作,其在受水平力作用時(shí)。就似一根底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂深梁。在地震作用或風(fēng)載下,剪力

2、墻除需滿足剛度強(qiáng)度要求外,還必須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散以及控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求(即墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞),因此,應(yīng)注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。實(shí)際工程中,剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻。整體墻有一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開洞墻等形式。整體墻受力特征如同豎向懸臂桿件:當(dāng)剪力墻墻肢較長時(shí),在水平力作用下法向應(yīng)力呈線性分布,破壞形態(tài)似偏心受壓柱,因此,配筋時(shí)應(yīng)盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞,提高延性應(yīng)將底部截面的組合設(shè)計(jì)內(nèi)力適當(dāng)提高或加大配筋率;為避免斜壓破壞,墻肢不能過小也不宜過長,以防止截面應(yīng)力相差過大。聯(lián)肢墻是指由連梁連接起來的剪力墻。

3、但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多,墻肢單獨(dú)作用顯著,連梁中部出現(xiàn)反彎點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)要注意墻肢軸壓比限值要求。剪力墻的計(jì)算分析,首先是進(jìn)行水平和豎向作用下的結(jié)構(gòu)整體分析,在求得內(nèi)力后再按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力以及斜截面受剪承載力驗(yàn)算。當(dāng)墻體承受較大集中荷載作用時(shí),應(yīng)增加對局部受壓承載力的驗(yàn)算。在剪力墻承載力計(jì)算中,對帶翼墻的計(jì)算寬度按以下情況取其小值:即剪力墻之間的間距;門窗洞口之間的翼緣寬度;墻肢總高度的1/10;剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6倍的長度,由于建筑功能的要求,在高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的底層增設(shè)局部框架。這些框架一般都不會(huì)成榀,不能形成梁柱抗側(cè)力體系;即使局部成榀,

4、也不能有效的抵抗結(jié)構(gòu)的傾覆力矩;同時(shí)由于建筑的要求,梁柱中心線也不能重合,形成較大偏心,此時(shí)應(yīng)采取梁的水平加腋等措施,確保節(jié)點(diǎn)在地震力反復(fù)作用下良好的抗震性能。另外不得將框架梁直接搭在剪力墻的平面外,使墻體承受平面外彎矩,導(dǎo)致受地震力作用時(shí)該部位率先破壞。 2. 墻體最小厚度及配筋量 鋼筋混凝土墻的厚度由墻體的軸壓比及高厚比決定的,前者是考慮墻的延性要求,后者是考慮墻的平面外穩(wěn)定性要求,要保證工程質(zhì)量,使混凝土澆搗密實(shí)也是不可忽視的因素,從施工角度看,墻的厚度不能太小,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011-2001)規(guī)定,三、四級剪力墻的最小厚度為140mm。從有過的6層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)實(shí)例來看,

5、采用雙層配筋的140mm厚的墻體,鋼筋容易走位,混凝土不易振搗密實(shí)。故不宜在整個(gè)建筑中大面積采用,對某些沒有門窗洞口的短墻段,作為個(gè)別情況尚可考慮;如采用單排配筋,施工無困難。但由于單排配筋不利于承受平面外的彎距,不利于混凝土的抗裂,故不宜采用于承重墻體。多層剪力墻結(jié)構(gòu)中采用雙層配筋的墻體,最小厚度不應(yīng)小于160mm,高層剪力結(jié)構(gòu)中,墻體最小厚度不宜小于180mm。在墻體配筋方面,多層和高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)按計(jì)算多為構(gòu)造配筋,理論上講滿足規(guī)范規(guī)定的最小含鋼率要求是可以的,這也是住宅開發(fā)商向設(shè)計(jì)單位提出降低用鋼量的根據(jù),此問題涉及到結(jié)構(gòu)安全度的考慮,如從結(jié)構(gòu)的抗震能力、結(jié)構(gòu)的耐久性,從長期的經(jīng)濟(jì)效

6、益看,過多的追求降低用鋼量指標(biāo),在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較中并非合理。 3. 柱的加固和剪力墻的加固 經(jīng)結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算,發(fā)現(xiàn)柱的軸壓比不滿足要求,需進(jìn)行加固處理。柱采用從內(nèi)到外包裹1層豎向碳纖維布和1層環(huán)向碳纖維布的方式進(jìn)行加固。高度范圍為底層地面到2層樓面梁底部。采用碳纖維片材纏繞加固混凝土柱可以約束混凝土的變形,從而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,降低軸壓比。柱的抗震加固必須采用封閉式粘貼并有可靠連接,當(dāng)環(huán)向碳纖維布遇墻不能貫通時(shí),應(yīng)在墻上搭接200mm以上,并設(shè)置寬200mm的壓條。剪力墻的加固:剪力墻采用在墻端暗柱粘貼環(huán)向碳纖維布的方式增加剪力墻的抗壓承載力,采用在剪力墻兩側(cè)粘壓條貼豎向、水平和斜向交叉

7、碳纖維布的方式增加墻體抗剪承載力。高度范圍為底層地面到2層樓面樓板底部?？v向、水平和斜向交叉碳纖維布的寬度均為200mm。 4. 混凝土的養(yǎng)護(hù) 國外由于開發(fā)了減少混凝土收縮的外加劑,所以其泵送流態(tài)混凝土的收縮變形能得到有效控制。但國內(nèi)卻缺乏類似的外加劑,雖然通過添加UEA等微膨脹劑,可從某種程度上減少混凝土的收縮變形,但由于UEA等的膨脹率指標(biāo)是在水養(yǎng)14d的情況下獲得的,如果養(yǎng)護(hù)條件跟不上,其膨脹率會(huì)明顯降低。實(shí)際工程中時(shí)常發(fā)生添加微膨脹劑后不但對防裂無效,反而使開裂更為嚴(yán)重,并產(chǎn)生后期強(qiáng)度倒縮等情況。如果按控制混凝土的收縮變形值為指標(biāo)進(jìn)行換算,則泵送流態(tài)混凝土的養(yǎng)護(hù)要求要相當(dāng)于大體積混凝土

8、的養(yǎng)護(hù)條件。但實(shí)際上對大體積混凝土一般都要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定的要求進(jìn)行特殊養(yǎng)護(hù),以控制混凝土的內(nèi)外溫差和收縮變形值,但對泵送流態(tài)混凝土的養(yǎng)護(hù),通常仍采用過去自拌混凝土及預(yù)制混凝土的養(yǎng)護(hù)要求。這是目前設(shè)計(jì)和施工人員容易忽視的一個(gè)關(guān)鍵因素。 5. 大底盤結(jié)構(gòu)中高層建筑部分的嵌固部位 按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的2倍時(shí),可將地下室一層頂板位置作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。一般的帶有地下室的普通高層建筑均能滿足上下側(cè)向剛度比的要求。但是對于地下一層是大面積的停車庫的高層建筑結(jié)構(gòu),雖然在進(jìn)行計(jì)算的過程中因?yàn)橛?jì)算公式的限制可以滿足上下側(cè)向剛度比的要求,但如果就此在設(shè)計(jì)中將地

9、下室頂板作為了上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位,對于框架結(jié)構(gòu),由于本身上部框架的剛度就較小,按照嵌固部位設(shè)計(jì)的地下室頂板在地震過程中也可以起到相應(yīng)的嵌固作用;而對于高層部分是混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu),由于混凝土墻本身的剛度很大。地下室部分的墻體又由于使用上的要求往往要開設(shè)較大的洞口,致使地下室有效墻體的數(shù)量減少,同時(shí)車庫部分柱間距比較大,這都將導(dǎo)致高層建筑部分在地下室的局部剛度降低,使高層建筑不再滿足剛度比的要求。故而地下室頂板對高層剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形約束降低,使地下一層頂板不能起到嵌固的作用,這種情況下上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位就應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)頂面,另外由于地下一層有地下車庫的存在,往往地下車庫頂板上會(huì)有較厚的覆土,將使

10、結(jié)構(gòu)在此標(biāo)高處出現(xiàn)樓板錯(cuò)層。因此對于高層結(jié)構(gòu)的地下一層的墻體也應(yīng)當(dāng)有所加強(qiáng),以保證地震作用下水平力的有效傳遞。 6. 剪力墻的延性破壞 剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況。一種是連梁不屈服,墻肢首先發(fā)生彎曲破壞,這種墻在破壞時(shí)的極限變形較小。因此,對有抗震設(shè)防要求的建筑來說,它雖然是一種延性破壞,但吸收地震能量的能力是較低的。設(shè)計(jì)中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。延性破壞的第二種是連梁先屈服,最后是墻肢的屈服。當(dāng)連梁有足夠的延性時(shí),它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時(shí),通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力,對墻肢起到一定的約束作用,使聯(lián)肢墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度。這是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮做到的。為了保證聯(lián)肢墻的延性要求,對連梁的延性要求是非常高的。因此,在設(shè)計(jì)高層建筑剪力墻時(shí),必須十分注意保證連梁的延性要求。 參考文獻(xiàn):