剪力墙布置及尺寸确定方法

剪力墙布置及尺寸确定方法1、结构布置时宜尽量避免短肢剪力墙结构“短肢剪力墙结构”是指含截面高度与厚度之比小于8的短肢剪力墙较多的剪力墙结构体系，《广东省实施高层建筑混凝土结构技术规程补充规定》（以下简称《补充规定》）第3.2.4条则定量化地界定为“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总面积50％以上”。当结构体系属短肢剪力墙结构时，按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条规定，结构的最大适用高度有所降低，同时需对短肢剪力墙采取加强措施，对实际设计影响较大的有“…轴压比，抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.5、0.6、0.7；对无翼缘或端柱的一字短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1”、“…其他各层（非底部加强部位）短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2”等，故实际设计时，宜尽量避免采用短肢剪力墙结构体系，以获得较优的经指标，同时也可相对简化设计，且结构也具有更高的可靠度。但应注意，即使结构不属“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”，《补充规定》的6.0.3条仍对短肢剪力墙有提高抗震等级、降低轴压比限值和加强构造配筋的要求。避免剪力墙结构成为短肢剪力墙结构体系的做法为：保证一般剪力墙（截面高度与厚度之比不小于8的非短肢剪力墙）的面积数超过剪力墙总面积的50％，具体操作如下：（1）分别使X向和Y向的一般剪力墙面积均超过相应方向剪力墙总面积的50％；（2）某方向的剪力墙，当截面高度与厚度之比大于8时，按一般剪力墙计算；当长度与厚度之比在5～8之间，或为小于5的独立墙肢，或为小于5的非独立墙肢且与之相连的垂直方向剪力墙截面高宽比也小于5时，按短肢剪力墙计算；当非独立墙肢截面高度与厚度之比小于5且与之相连的垂直方向剪力墙截面高度与厚度之比不小于5时，可将该墙肢看作是属于与之相连的垂直方向剪力墙的翼缘，不按剪力墙计算面积。但应注意，当剪力墙满足《补充规定》第3.2.3条规定，即“厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，高度与厚度之比大于4时”，仍属一般剪力墙。2、控制合理的剪力墙折算厚度某楼层的剪力墙折算厚度我们这里定义为：该楼层的剪力墙混凝土体积与楼层的结构面积之比，这是反映剪力墙结构体系经济性的一个重要指标。当剪力墙折算厚度在一个合适的范围时，只要我们将剪力墙的配筋率在满足规范及受力要求的前提下控制在一个合理的数值，那么我们就可以基本保证该剪力墙结构造价是经济的。根据我司以往设计的若干剪力墙结构工程的统计经验，当建筑为12层左右的小高层时，标准层剪力墙折算厚度控制在90～100mm左右；当为18层左右时，控制在120～130mm左右；当为25层左右时，控制在140～150mm左右，则该工程会达到一个较好的经济指标。若剪力墙折算厚度偏大较多，则说明该工程布置的剪力墙数量或面积过多了，计算结果的具体表现为：轴压比普遍较小，层间位移角比规范限制有较大富余（即侧向刚度较大），这时应考虑对剪力墙的布置或截面进行优化，以控制结构成本。3、合理确定剪力墙的截面高度与厚度（1）标准层：一般住宅标准层剪力墙的厚度取为200mm则基本可满足稳定性和轴压比的要求，这时，除提高刚度需要或建筑构造需要或减少梁跨需要等情况外，剪力墙截面高度可取1650mm，即可满足成为一般剪力墙，我们可称之为200厚剪力墙的经济长度。（2）底部层高较大的楼层：由于建筑使用功能的需要，建筑物在底部的地下室、架空层、裙楼等楼层往往具有较大的层高，这时剪力墙因稳定性的要求（构造或稳定验算）需有较大的厚度，对上部标准层长度为1650的一般剪力墙，则会因剪力墙厚度增大而使其在底楼层变为短肢剪力墙，为使底部层高较大楼层的剪力墙仍能满足不属“短肢剪力墙”的要求，可考虑如下的处理方法：①将剪力墙厚度加大为不小于层高的1/15，且不小于300mm，则当剪力墙高度与厚度之比大于4时，仍可视为一般剪力墙，如即使层高为6米，当剪力墙厚度为400时，1650长度的剪力墙仍属一般剪力墙。实际操作时，对长度较大，轴压比较小的剪力墙，当稳定性能足要求且截面高度与厚度之比亦不小于8时，也可不将剪力墙厚度加大至层高的1/15。该法的优点是基本不需加长剪力墙，对建筑功能不会有太大的影响；缺点是剪力墙折算厚度较大。②在条件允许时，在楼层间设置一层分隔梁，沿剪力墙平面外拉设以提供其平面外平动及转角自由度的约束，大致相当于多设一层楼盖的效果，以减少剪力墙的计算长度，从而使剪力墙厚度不需太大也能满足一般剪力墙的条件，也能满足稳定性的要求。③在保证剪力墙厚度能满足稳定性要求的前提下增加剪力墙长度，使50％以上面积的剪力墙截面高度与厚度之比满足不小于8的要求。该法的缺点是会使较多的剪力墙在底部楼层增加长度，因与建筑往往对底部车库、架空层、裙楼等有较大空间的要求相违背而影响建筑使用功能，建议慎用。二、剪力墙抗震等级及约束边缘构件配置范围的确定1、一般剪力墙多层、高层建筑结构的剪力墙分别按《抗规》第6.2.1条和《高规》第4.8.2、4.8.3条查表确定抗震等级，注意对非高层结构不存在短肢剪力墙的提法，故多层结构均对截面高度与厚度之比不小于4的剪力墙均按一般剪力墙考虑。一、二级剪力墙底部加强部位及其上一层需设约束边缘构件，三、四级剪力墙全高只需设构造边缘构件而不需设约束边缘构件。2、短肢剪力墙短肢剪力墙是专门针对高层结构提出的概念，按《补充规定》第6.0.3条的规定，短肢剪力墙的抗震等级需比其他相同条件的一般剪力墙提高一级，一、二、三级墙（包括无翼缘和端柱的一字墙，当端部翼缘长度小于其厚度3倍或端柱边长小于墙厚的2倍时，视为无翼缘或无端柱）轴压比限值分别为0.5、0.6、0.7，且底部约束边缘构件纵筋配筋率不小于1.2%，其他部位的构造边缘构件不小于1%。当长度相同的墙肢，在底部层高较大楼层因厚度较大属短肢剪力墙，抗震等级需提高为二级，在标准层则因厚度变小而属一般剪力墙，抗震等级为三级时，则在属短肢剪力墙的楼层按《补充规定》第6.0.3条采取加强措施，在上部属一般剪力墙的楼层均不采取加强措施，不需按加强部位再加一层的高度设置约束边缘构件；反之，当相同墙肢在下部层高较大楼层属一般剪力墙（满足《补充规定》第3.2.3条规定）为三级，而在上部标准层属短肢剪力墙为二级时，则建议下部剪力墙也按二级设计，以体现剪力墙在底部楼层受力更大、对保证结构的强度和延性更为重要的特点。3、错层结构的剪力墙错层在《补充规定》第9.4.1条中有定量化的定义：楼层板面高差大于相连处楼面梁高，或板面高差小于相连处楼面梁高但楼板间垂直净距大于支承梁宽时称为错层。错层主要会带来以下不利影响：（1）楼板变高差处导致楼板传递剪力的路径局部中断，严重时造成楼板平面内无限刚的假定不成立；（2）当楼板变高差两侧的结构在地震作用下出现反向的运动趋势时，将对交接处的竖向构件产生非常不利的附加内力。设计中因楼板凹凸的情况十分复杂，对整个结构的影响也未必会产生上述不利影响，故需根据实际情况灵活掌握判断尺度。如一般标准层中的厕所凹板或大厅板的下沉，并不会造成剪力传递整体中断（只是局部削弱），下沉板因较小也不会产生反向振动，故不作错层论；又如首层平面塔楼外范围楼板下沉覆土与塔楼范围的楼板形成高差，一方面因实际进行单塔楼计算时并没有将塔楼内外楼盖作为一个整体刚性平面输入，另一方面因塔楼外的楼盖全埋在地下，较低一侧楼盖受地震反应的影响较小（可近似看成振动基本与地基土同步），同时由于覆土对高差处形成侧限，从而大幅减少较高一侧楼盖对交接处竖向构件的附加内力，故也可不作错层论。按《高规》第10.4.5条，对错层交接处平面外受力的剪力墙，抗震设计时厚度不应小于250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱，抗震等级应提高一级采用（按规范精神，短肢剪力墙抗震等级应进行叠加式的提高）。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，抗震设计时不应小于0.5%。另，错层处的框架柱截面高度不应小于600，砼强度等级不低于C30，抗震等级提高一级，箍筋全柱段加密。4、大底盘多塔楼结构的剪力墙按《高规》第10.6.4条，塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内，柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高，柱箍筋宜在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密，剪力墙宜设置约束边缘构件。相应条文说明解释为，为保证塔楼与底盘共同工作，塔楼之间裙房连接体的屋面梁以及塔楼外围一圈墙柱从固定端到出裙房屋面上一层的高度范围内，在构造上应予特别加强。故我司在执行该条时，要求将塔楼外围一圈剪力墙设约束边缘构件，范围从固定端到大底盘屋面上一层，约束边缘构件按二级构造配筋，当已为二级的短肢剪力墙时，抗震等级不再提高。三、剪力墙边缘构件纵筋及分布钢筋的构造要求有关剪力墙配筋的构造要求主要依据《高规》第7.2.16～7.2.18条，请大家认真阅读规范。四、剪力墙构造配筋表的原理简介、使用说明及改进方向