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浅谈钢筋混凝土框架_剪力墙结构剪力墙设计

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摘要:当前建筑结构设计中采用钢筋混凝土框架剪力墙结构的已经越来越多,这一设计结构的优势也正在逐渐为广大施工者和客户所认同和接受,本文简要描述此结构体系的主要特征,并对在具体的结构设计上的注意事项展开论述。

关键词:钢筋混凝土;框架;剪力墙;结构设计

一、钢框架-混凝土剪力墙体系

(一)组成及分类

钢框架-混凝土剪力墙体系是以钢框架为主体,并配置一定数量的钢筋混凝土或型钢混凝土剪力墙。由于剪力墙可以根据需要布置在任何位置上,布置灵活。另外剪力墙可以分开布置,两片以上剪力墙并联体较宽,从而可减少抗侧力体系的等效高宽比值,提高结构的抗推刚度和抗倾覆能力。钢筋混凝土剪力墙又现浇和预制两种。

(二)变形

1、钢框架-预制钢筋混凝土墙的变形

钢框架-预制钢筋混凝土墙体系是以钢框架为主体,建筑的竖向荷载全部由钢框架来承担,水平荷载引起的剪力主要由钢筋混凝土墙板来承担,水平荷载引起的倾覆力矩主要由钢框架和钢筋混凝土墙板所形成的联合体来承担。由于框架间设置了混凝土墙板,结构的抗推刚度和受剪承载力都得到显著提高,地震作用的层间位移也就显著减小。这种结构体系可以用于地震区较多层数的楼房。

2、钢框架-现浇钢筋混凝土墙的变形

“钢框架-现浇混凝土墙”体系是由现浇钢筋混凝土墙和钢框架所组成,一般应沿房屋的纵向和横向,均应布置钢筋混凝土墙体。纵、横墙的数量应根据设防烈度和楼房层数多少由计算确定,纵墙和横墙可分开布置,也可连成一体,现浇钢筋混凝土墙体水平截面的形状可以是一字型、L型、工资型。

二、剪力墙结构设计注意事项

1、对剪力墙结构,《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》都有一些规定,高规的内容要多一些,且有关于短肢剪力墙的规定(7.1.2条共8款)。一般剪力墙为hw(墙肢截面高度,个人认为此应称为“墙肢长度”,与高规表7.2.16注1及抗震设计规范6.4.9条与表6.4.7注4、混凝土结构设计规范表11.7.15注4统一)/bw(墙肢截面厚度)>8,墙肢截面高度不宜大于8m,较长的剪力墙宜开设洞口(即所谓结构洞)(高规7.1.5条)。短肢剪力墙hw/bw=5(认为按老习惯取4较合理)~8,抗震等级应提高一级。hw/bw<5(认为按老习惯取4较合理),即为异形柱。L形、十字形剪力墙等,只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求,则不应认为是短肢剪力墙。

2、高规7.1.1条规定“剪力墙结构的侧向刚度不宜过大”,如果采用全剪力墙结构,即除门窗洞外均为剪力墙,无一片后砌的填充墙,第一周期只有1.02秒,侧向刚度过大,使地震作用过大,不经济,不合理。

3、关于底层剪力墙的厚度:高规7.1.2条规定“高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构”,当短肢剪力墙较多时,其第2款规定“抗震设计时,筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%”。SATWE程序在计算时,是将各个墙肢的高厚比进行单独计算,凡hw/bw=5~8,即归入短肢剪力墙,这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在计算时,是将L形等剪力墙等只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求,则不归入短肢剪力墙,在相同的结构中,这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就有可能不大于50%,建议宜按TAT计算该项指标。

4、在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中,多数设计人员将较短的墙段都画为约束边缘构件或构造边缘构件,将计算需要的纵向钢筋均匀配置在整个墙段内,这是不妥的,因为配置在墙肢中和轴附近的钢筋并不能发挥作用,因此纵向钢筋应向墙肢端部集中,宜打印剪力墙边缘构件配筋计算结果复核。抗震设计规范6.4.9条规定:“抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时,应按柱的要求进行设计,箍筋应沿全高加密”,SATWE等程序在计算时也是照此条规定办理。如墙厚为200mm,墙肢长度600~800mm,虽然墙肢长度达到墙厚的3~4倍,认为仍宜按柱配筋。

三、框架―剪力墙结构设计注意事项

1、剪力墙应有边框:边框梁(或暗梁)、边框柱(抗震设计规范6.5.1条,混凝土结构设计规范11.7.17条,高规8.2.2条)。不能只设几段剪力墙,就成框架―剪力墙结构体系了。

2、剪力墙承担的地震倾覆弯矩应≥50%,否则应按框架结构查抗震等级,其最大适用高度只可比框架结构适当增加(抗震设计规范6.1.3条1款)。

3、框架―剪力墙结构中不应采用短肢剪力墙。

参考文献:

[1]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范(JGJ3-91).

[2]王治平,等•钢筋混凝土框架―剪力墙抗震性能究[J].西安冶金建筑学院学报,1992(3):55-58.

[3]包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清大学出版社,1990.