剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念

剪力墻設(shè)計(jì)中的基本概念簡介：剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其長度與厚度的比值，當(dāng)比值小于或等于4時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時(shí)可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：剪力墻，設(shè)計(jì)，基本概念

一、剪力墻高和寬

1．剪力墻高和寬尺寸較大但厚度較小，幾何特征像板，受力形態(tài)接近于柱，而與柱的區(qū)別主要是其長度與厚度的比值，當(dāng)比值小于或等于4時(shí)可按柱設(shè)計(jì)，當(dāng)墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時(shí)可視為為異形柱，按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2．剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻是一平面構(gòu)件，它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；在軸力，彎矩，剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作，其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎(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、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求：墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，因此注意盡量將剪力墻設(shè)計(jì)成延性彎曲型。

3．實(shí)際工程中剪力墻分為整體墻和聯(lián)肢墻：整體墻如一般房屋端的山墻、魚骨式結(jié)構(gòu)片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂，當(dāng)剪力墻墻肢較長時(shí)，在力作用下法向應(yīng)力呈線性分布，破壞形態(tài)似偏心受壓柱，配筋應(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)肢墻是由連梁連接起來的剪力墻，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)要注意墻肢軸壓比限值。壁式框架：當(dāng)剪力墻開洞過大時(shí)形成寬梁、寬柱組成的短墻肢，構(gòu)件形成兩端帶有剛域的變截面桿件，在內(nèi)力作用下許多墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn)，墻已類似框架的受力特點(diǎn)，因此計(jì)算和構(gòu)造應(yīng)按近似框架結(jié)構(gòu)考慮。綜上所述，設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)根據(jù)各型墻體的特點(diǎn)，不同的受力特征，墻體內(nèi)力分布狀態(tài)并結(jié)合其破壞形態(tài)，合理地考慮設(shè)計(jì)配筋和構(gòu)造措施。

4．墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是考慮水平和豎向作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，求得內(nèi)力后按偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗(yàn)算。當(dāng)受較大集中荷載作用時(shí)再增加對局部受壓承載力驗(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①剪力墻之間的間距；②門窗洞口之間的翼緣寬度；③墻肢總高度的1/10；④剪力墻厚度加兩側(cè)翼墻厚度各6倍的長度。

5．為了保證墻體的穩(wěn)定性及便于施工，使墻有較好的承載力和地震作用下耗散能力，規(guī)范要求一、二級(jí)抗震墻時(shí)墻的厚度應(yīng)≥160mm，底部加強(qiáng)區(qū)宜≥200mm，三、四級(jí)抗震等級(jí)時(shí)應(yīng)≥140mm，豎向鋼筋應(yīng)盡量配置于約束邊緣。以上所述的剪力墻設(shè)計(jì)中的概念問題可能絕大部分設(shè)計(jì)人員都懂，但實(shí)際應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中，施工圖紙表達(dá)出來的東西有時(shí)則存在很大差別，追究原因，許多是與具體的構(gòu)造處理有關(guān)，因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。

二.剪力墻的邊緣構(gòu)造

1．結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明矩形截面剪力墻的延性比工字形或槽形截面剪力墻差；計(jì)算分析表明增加墻肢截面兩端的翼緣能顯著提高墻的延性；因此在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著地提高墻體的延性，還能防止剪力墻發(fā)生水平剪切滑動(dòng)提高抗剪能力。從89規(guī)范開始在剪力墻中提出了暗柱、端柱、翼墻（柱）、轉(zhuǎn)角墻（柱），也就是目前規(guī)范中的約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件的抗震措施。2．對規(guī)范的不同理解往往產(chǎn)生了五花八門的設(shè)計(jì)。有人將每一軸線的墻理解為一片墻僅在端墻設(shè)暗柱，有人將凡是拐角或洞口邊都設(shè)暗柱，而即使是公開發(fā)表出版的權(quán)威參考書或設(shè)計(jì)手冊對暗柱（翼墻柱）的截面取值也出現(xiàn)了以下三種不同尺寸，因此造成配筋的差別很大，甚至相同的資料由于出版的時(shí)間不同，對規(guī)范的理解也有所不同。

3．從2002年開始實(shí)施的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及受力狀況，對剪力墻兩端及洞口兩側(cè)的加強(qiáng)邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強(qiáng)部位要求分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。“抗規(guī)”GB50011-2001規(guī)定抗震墻結(jié)構(gòu)、部分框支抗震墻中落地剪力墻當(dāng)一、二級(jí)抗震時(shí)底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層均應(yīng)按要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；但對于一般抗震墻結(jié)構(gòu)（除部分框支墻外）當(dāng)滿足墻肢軸壓比限值界線值時(shí)可按規(guī)定設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件?！翱挂?guī)”未明確框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻需設(shè)置約束邊緣構(gòu)件時(shí)抗震墻的抗震等級(jí)和軸壓比界限值；但根據(jù)混凝土規(guī)范11.7.14條筆者理解框架-剪力墻不受一、二抗震等級(jí)限制，凡底部加強(qiáng)區(qū)及其上一層當(dāng)不滿足軸壓比限界時(shí)則均應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。綜合分析“抗規(guī)”、“砼規(guī)”和“高規(guī)”設(shè)計(jì)約束邊緣構(gòu)件時(shí)，框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)嚴(yán)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)，因此規(guī)范要求的條件也就多了一些，設(shè)計(jì)中應(yīng)引起注意。由于各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的的編寫出版、發(fā)布、實(shí)施的時(shí)間不同，加上編寫人認(rèn)識(shí)上的差別，各規(guī)范在一些條文內(nèi)容上還存在不協(xié)調(diào)和不一致的地方。在此必須指出設(shè)計(jì)中不但要復(fù)核短墻肢軸壓比，也要復(fù)核長墻肢的軸壓比：抗震墻結(jié)構(gòu)中，當(dāng)層數(shù)在15層以內(nèi)時(shí)其墻肢軸壓比一般都小于0.2，所以一般除9度地震區(qū)外，都可以不設(shè)約束邊緣構(gòu)件（高層底部加強(qiáng)區(qū)除外），只需設(shè)計(jì)構(gòu)造邊緣構(gòu)件，不少設(shè)計(jì)都忽視了這點(diǎn)，造成浪費(fèi)。

4．規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之間矛盾問題舉例①.GB50011-2001第6.4.7條規(guī)定暗柱截面長度僅需滿足bw及≥400mm，不要求滿足lc/2，在翼墻（柱）中只要求滿足壁柱≥300mm，不受墻厚bw的限制，而與“砼規(guī)”的要求矛盾。筆者認(rèn)為“抗規(guī)”GN50011的規(guī)定比較合理；實(shí)際工程中按現(xiàn)行規(guī)范要求需要設(shè)暗柱之處絕大部位為對門窗洞口邊緣的加強(qiáng)，其墻肢屬于聯(lián)肢墻，非一字型矩形墻體，聯(lián)肢墻連梁起耗散地震能量作用，受力狀況和延性較好，在整體受力時(shí)當(dāng)洞口較小時(shí)，往往墻體顯槽形截面，因此在剪力墻結(jié)構(gòu)中除設(shè)置角窗處外，暗柱截面尺寸不必過大；而翼墻（柱）處實(shí)際上只是建筑橫墻肢的端邊緣，不屬縱墻肢的端邊緣，在縱向水平力作用下，縱向墻法向應(yīng)力呈線性分布，縱墻肢受力似同偏壓柱；橫縱交點(diǎn)處剛度，約束性能好，因此對于翼墻（柱）的截面取值也沒必要過大；截面過大的暗柱和翼柱往往還容易形成連在一起，造成縱墻豎向配筋增加過多。但轉(zhuǎn)角墻（柱）則是剪力墻很重要的部位，必須嚴(yán)格遵守規(guī)范的規(guī)定。②.構(gòu)造邊緣構(gòu)件雖然“抗規(guī)”、“砼規(guī)”和“高規(guī)”都規(guī)定了配筋要求，但比較三本標(biāo)準(zhǔn)所給出的配筋要求的表格中的內(nèi)容則是矛盾的，是不協(xié)調(diào)的；筆者認(rèn)為“砼規(guī)”GB50010-2002表11.7.16的要求比較合理。而“抗規(guī)”和