剪力墙布置及尺寸确定的基本原则.doc

一、剪力墙布置及尺寸确定的基本原则
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，以获得较优的经济指标，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部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，当稳定性能满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
我司编制剪力墙构造配筋表的主要目的是为了简化剪力墙设计的工作量，使剪力墙的配筋标准化，提高设计效率。其简化理念为，一方面将大量机械重复的配筋率计算工作以查表代替，在提高计算效率的同时也减少了计算出错的机会，另一方面以标准大样结合填表的形式可大幅减少边缘构件制图的工作量，由于边缘构件纵筋采用固定间距的约定，与板、独立基础等的配筋方式类似，且标出了钢筋的总数，故也不存在读图困难或施工出错的问题（必要时可在技术交底时进行相应的解释）。
其基本原理是：根据约束和构造边缘构件的纵筋配筋率及配箍率构造特点（约束边缘构件的配筋及配箍率较大，构造边缘构件相对较小），在使箍筋、纵筋直径较适合施工的条件下（如箍筋直径一般控制不大于10mm，否则对于一般边缘构件箍筋尺寸较小的情况施工加工有一定困难）约定纵筋的间距，箍筋或拉筋与纵筋成每根纵筋布置一肢或隔一根纵筋布置一肢的固定关系，即使纵筋间距和箍筋肢距按固定间距的分布筋的形式确定，约定间距和肢距的目的是使与配筋率、配箍率相关的变量数量尽量少，这样对一定尺寸和砼等级的边缘构件，其纵筋配筋率仅与纵筋直径有关，体积配箍率则与箍筋直径和竖向间距有关，从而使知道抗震等级、截面尺寸和混凝土强度等级的边缘构件，通过查表得出纵筋直径、箍筋直径及竖向间距，并结合标准截面大样图即可确定整个构件的构造配筋。剪力墙构造配筋表中边缘构件的配筋率及配箍率是完全依据《高规》第7.2.16～7.2.18条确定的，每个参数的计算均在EXCEL表格中有反映，只是为方便查表而将中间过程隐藏，同时也考虑了当剪力墙厚度较大时需在截面端部中间加配纵筋的影响。
使用方法很简单，按边缘构件的抗震等级、砼强度等级及在墙柱定位图中确定的厚度和边缘构件截面总高度，对应查表即可。其中边缘构件截面总高度对L型、T型截面要扣除重叠部分长度，在填写边缘构件配筋表时要求写出纵筋的总数量（举例讲边缘构件纵筋数量的计算方法）。另，查表时需注意，目前表格仅按相应的配筋率和配箍率控制钢筋数值，未完全反映规范的构造要求，如一级非加强部位的构造边缘构件箍筋间距不大于150，三级加强部位的构造边缘构件箍筋间距不大于150等，请设计人员注意更正。
五、采用剪力墙构造配筋表方法进行剪力墙设计的步骤
1、计算确定各层剪力墙的长度及厚度，且保证剪力墙结构属一般剪力墙结构体系，即一般剪力墙面积超过总面积的50%。
2、确定各墙肢的抗震等级，明确短肢剪力墙、错层交接处、大底盘塔楼外围等有特殊构造及配筋要求的剪力墙。
3、按《高规》7.2.16、7.2.17条确定各墙肢的边缘构件尺寸。
4、先按构造要求查表完成各墙肢的配筋，注意如下问题：
（1）约束边缘构件与构造边缘构件的区别
① 尺寸大小不同，详见《高规》7.2.16、7.2.17条规定。
② 纵筋配筋率要求不同，详见《高规》7.2.16、7.2.17条规定，故表格中对约束边缘构件的纵筋约定间距为100，构造边缘构件为200，另需注意对复杂高层、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙，配筋率的要求有所提高。
③ 箍筋的配箍特征值要求不同，约束边缘构件要求配箍特征值λv＝0.2，故箍筋约定肢距为100；构造边缘构件分为两种情况，对于一般剪力墙结构无配箍特征值的要求，按不低于《高规》表7.2.17的构造配置即可，对复杂高层、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙，要求配箍特征值λv＝0.1，需按此计算确定构造配筋，因构造边缘构件配箍相对较小，故约定肢距为200。另需建立对边缘构件中箍筋作用的正确概念，注意它并非由内力计算所得，边缘构件箍筋的作用在于通过箍筋的约束，使边缘构件范围的砼成为约束砼，与普通砼相比，约束砼具有更大的极限压应变，即砼在压碎破坏前具有更强的变形能力，亦即使剪力墙构件具有更高的延性。故该措施作用在于通过构造加强提高剪力墙在极限状态下的延性，在程序的计算输出中不会提供该项内容。
当同一墙柱平面中既有约束边缘构件又有构造边缘构件时，必须分别用相应的构件配筋表及标准大样。
（2）确定有特殊构造及配筋要求的剪力墙的钢筋。
（3）查表时，纵筋数量的计算方法。
计算时，约束边缘构件纵筋间距按100，构造边缘构件纵筋间距按200（必要时纵筋加密一倍），算得的排数按四舍五入取整，并注意加上端部中间的5号钢筋。（举例）
（4）纵筋直径的确定
① 不小于查表值；
② 一半楼层以下使边缘构件配筋水平大于竖向分布筋的配筋水平（对四级抗震，可只控制到底部加强部位），注意配筋水平指配筋率，由钢筋直径和间距共同控制；
③一半楼层以上，边缘构件纵筋的配筋水平可与竖向分布筋相同。
（5）剪力墙分布钢筋的确定
① 不小于计算确定值（一般0.25%，转换层落地加强部位0.3%，错层交接处0.5%，特一级0.4%）；
② 对底部加强部位作适当加强，我司目前定为不小于[email=Ф12@200]Ф12@200[/email]，当墙厚较大或层高很大时，尚应适当加大；
③ 一半楼层以下对一般200厚剪力墙为双向[email=Ф10@200]Ф10@200[/email]；
④ 一半楼层以上对一般200厚剪力墙，竖向分布筋为[email=Ф10@200]Ф10@200[/email]，水平分布筋为[email=ф8@200]ф8@200[/email]。
（6）对同时属某方向墙肢的剪力墙翼缘的配箍处理。
因墙肢同时有水平分布筋的配筋要求，故当翼缘相对较长，分担的水平剪力较大时，若整个按边缘构件的构造要求配箍可能会偏于不安全。故我司现定当翼缘高厚比不小于4时，该边缘构件的配箍水平应与水平分布筋的配筋水平相当。如在底部加强部位，箍筋不小于[email=Ф10@150]Ф10@150[/email]与[email=Ф12@200]Ф12@200[/email]的水平分布筋水平相当。
5、查由程序计算控制的边缘构件纵筋及水平分布筋，并对前面按构造完成的剪力墙配筋进行相应调整。
6、剪力墙及其边缘构件编号规则约定。
凡由计算控制配筋的边缘构件编号加上s后缀。