高层住宅剪力墙结构的常见问题分析
【摘要】剪力墙结构在高层住宅中的应用越来越广泛,而《高规》和《抗规》都有对剪力墙结构的规定。对于一些常见问题,提出了新的建议,以做到对结构的更合理优化,并带来更好的经济效益。
【关键字】短肢剪力墙;翼墙;强连梁;复合箍
一、规范要求及基本概况
随着城市建设的高速发展,城市用地越来越紧张,高层住宅的应用越来越广泛,而剪力墙结构刚度大、整体性好、且布局灵活,能够很好的满足建筑功能的要求。很多的设计人员都已经很熟悉剪力墙结构的相关内容,笔者也是通过多年的设计实例,总结出一些自己的见解和看法。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)(以下简称《高规》)和《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗规》)都有关于剪力墙的相关规范,很多地方相对老版规范做了进一步的补充,但是一些规定的合理性个人觉得还应做进一步的明确或补充。
二、相关问题的探讨和思索
1.关于短肢剪力墙的判定
《高规》中明确规定“短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙”。常用的剪力墙厚度为160mm、200mm,如果按规范的要求,则分别需要墙长做到160*8=1280mm和200*8=1600mm,才能满足不是短肢剪力墙的要求。从《高规》7.2.2条明确规定的所有短肢剪力墙的构造要求可以看出,短肢剪力墙比一般剪力墙的配筋率要高很多。而实际工程中,很多的设计单位为了迎合建设单位控制钢筋含量的要求,尽量的会避免布置短肢剪力墙。以图一为例,我们可以看出,左侧160墙总体的含钢量比右侧200墙要小很多。但是大家不难发现,200墙的情况不论整体刚度还是受压能力,均比160墙要高很多,但是仅仅因为是短肢剪力墙,就要再一次提高配筋量,笔者认为过于草率。既然做160墙都能够按一般墙配筋,为什么加厚了墙体反而应该配更大的钢筋呢?而实际上满足一般墙的配筋率就可以满足要求了。所以笔者认为,短肢剪力墙除了规范规定的8倍墙厚之外,还应该规定短肢剪力墙的墙肢长度最小值,然后结合墙的轴压比、层高、墙厚等综合因素确定。这样才能有效的合理的区分一般剪力墙和短肢剪力墙,在优化设计的同时提高经济效益。
2.关于剪力墙有效翼墙的判定
《抗规》第6.4.5条规定“抗震墙的翼墙长度小于其3倍厚度或端柱截面边长小于2倍墙厚时,视为无翼墙无端柱”;朱炳寅编著的《建筑结构设计问答及分析》中对本条解释“其3倍厚度”指被考察的墙肢厚度,不是翼墙本身厚度,翼墙是否有效,是翼墙墙肢对墙肢本身的稳定有利影响程度。笔者本身也同意朱炳寅的观点。而《高规》第7.2.15条规定“剪力墙的翼墙长度小于翼墙厚度3倍或端柱界面编程小于2倍墙厚时,按无翼墙无端柱”,本条明确规定了是翼墙厚度的3倍。出于对结构有利的考虑,不再纠结“是翼墙还是墙肢”的3倍,取二者大值的3倍考虑。而且,需要注意的是,不满足上条件的翼墙,不是对墙肢稳定没有作用,而是作用较小,不可直接等同于一字墙。
3.剪力墙中小洞口的处理
我们所指的小洞口,指洞口在1000mm左右,两侧均为一般剪力墙的情况,此时洞口上部的梁一般为强连梁。根据笔者自己的计算,此时将洞口取消改为合并剪力墙更加合适(墙长超过8m时的情况不在此列)。对比两种情况的墙、梁配筋,开洞时墙肢两端需要设置边缘构件,连梁配筋也大于墙体配筋,且洞口还要用填充墙砌筑,施工模板也会比合并墙造成不必要的浪费,综合考虑此时开洞的整体造价比连成整体剪力墙的造价要高;而建立墙合并成整体后只是增加了部分砼用量,钢筋用量远小于开洞的情况,且合并后墙变长增加了整体刚度。不同厚度的剪力墙,需要合并的小洞口尺寸并不统一。有兴趣的读者可以自行计算,根据当地的预算计算出合适的洞口尺寸。另外强连梁在抗震计算时,容易超筋,也建议合并剪力墙。
4.剪力墙的水平筋代替箍筋
《高规》7.2.15条规定,“符合构造要求的墙水平分布钢筋,可计入体积配箍率”,也就是说,符合构造要求的墙水平筋,可以代替边缘构件中的箍筋使用。条文说明中“符合构造要求的水平分布钢筋”指的是水平筋伸入边缘构件,在墙端部90°弯折后延伸到另一排分布钢筋并勾住其竖向钢筋。此时墙水平筋和墙中布置的拉筋形成复合箍,可以起到有效约束砼的作用。此做法适用于剪力墙结构的非加强区剪力墙。对于一般的住宅剪力墙结构,墙大部分为构造配筋,对于非加强区的边缘构件,《高规》7.2.16表中标注可仅布置拉筋,此时如果用墙水平筋代替箍筋,按符合构造要求的做法锚固,则墙中只有水平筋和拉筋,比传统做法墙筋加边缘构件箍筋加拉筋要节省很多,并且一样可以起到约束混凝土的效果。见图二。
5.高度不同的住宅设计不同厚度的剪力墙
根据多年的设计经验,不同层数的住宅剪力墙,可采用不同厚度的剪力墙,并且减少墙的厚度,可以增加实际的建筑使用面积。由于大部分的剪力墙是构造配筋,所以减少墙厚就可以直接减少整体的造价。如18层以下的住宅,墙厚可采用160mm,18层至28层左右的住宅,墙厚可采用200mm,这样根据不同高度的住宅采用不同厚度的剪力墙,以达到优化结构设计的目的。
三、结论和建议
随着城市化进程的不断推进,高层住宅会越来越普遍,而剪力墙也会随之一起被广泛的应用。我们不能简单的为了设计而设计,要不断的探索研究,思索新的方法,找到更合理更优化结构体系,以适应新时代的要求。
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