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)件來構(gòu)成時(shí)，就形成了通常所說的剪力墻結(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)來說，剪力墻的方案布置、墻肢的長短等均應(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，就很容易出現(xiàn)受力過于集中、局部剛度過大的現(xiàn)象，甚至往往出現(xiàn)只布置極少的剪力墻就能滿足上下層的抗側(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、均勻、周邊、分散的原則，且墻片不宜過長，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，以滿足規(guī)范的要求?？v向剪力墻還應(yīng)在外縱軸布置好開窗洞的剪力墻，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內(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)開間，無論上部結(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，以此來控制每根框架梁上部僅設(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過渡層的設(shè)計(jì)對(duì)于存在過渡層或者轉(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)過高地估計(jì)過渡層或者轉(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。因此過渡層或者轉(zhuǎn)換層應(yīng)在每開間設(shè)置圈梁以及構(gòu)造柱，以形成類框架體系，從而增強(qiáng)過渡層或者轉(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。所以切忌人為來加大連梁的縱筋，這樣就有可能無法滿足其強(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。然而在墻肢長度比較長的情況中，為了滿足其每個(gè)墻段的高寬比都超過二，就可以采取開洞的方式來將長墻分割成為獨(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)中存在的不多的長度超過八米的剪力墻長墻肢而言，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墻肢來承擔(dān)。因此在發(fā)生地震尤其是超烈度的強(qiáng)震時(shí)，這些長墻肢就是最容易遭到破壞的。而短墻肢則會(huì)因沒有足夠多的配筋，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)于大于八米的長墻肢，可以通過以下兩種方法來處理：7.1采取開施工洞，也就是在施工的過程當(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，從而將長墻肢分隔成為短墻肢。7.2采取開計(jì)算洞，也就是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PK計(jì)算的過程中假設(shè)有洞，而在繪制施工圖時(shí)卻不留洞，從而通過這種特殊的計(jì)算方式來加強(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施工洞的長墻肢。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：單向地震時(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)于長周期結(jié)構(gòu)，同烈度時(shí)場地條件好的結(jié)構(gòu)不容易滿足，存在一定問題。目前存在兩種爭議，最小剪重比和剛度都需要滿足規(guī)范的要求，以及在滿足剛度要求的情況下可以不需要滿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。樓梯間的問題，按照平法圖集底端滑動(dòng)的做法有以下方面的問題存在：a，時(shí)間長以后滑動(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)致裂縫過大，從而加大了配筋;梁底部配筋加大過多;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：考慮塑性內(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)