混凝土剪力墙结构的设计要点

2020-05-12马智英关洪成

工程建设与设计 2020年7期

关键词：墙肢纵筋筋率

马智英，关洪成

（1.中国建筑科学研究院建研航规北工（北京）工程咨询有限公司，北京100013；2.中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司，北京100013）

1 剪力墙结构常见的配筋问题

钢筋混凝土剪力墙结构在民用建筑中应用广泛，本文针对剪力墙结构常见的问题和设计要点做以下分析。

如图1～图3所示，墙体配筋底与计算信息中设置的参数一致。

1）剪力墙的水平钢筋配筋数值应与参数“墙体水平分布筋最大间距”的间距设置一致。

图3中墙体水平钢筋计算结果为H1.0，对于图1的参数，设置为墙体水平分布筋最大间距为200mm，实配钢筋为φ8mm@200mm；对于图2，参数设置为150mm时，配筋应该为φ8mm@150mm，如果实配钢筋要保持水平钢筋间距为200mm，则要按1.33的系数把H1.0换算为H1.33，实配φ10mm@200mm（相当于H1.57）才能满足要求【1】。

2）墙竖向钢筋的配筋值应满足墙竖向分布筋的最小配筋率。

图1 设计参数示例一

图2 设计参数示例二

图3 计算结果输出一

（1）程序默认竖向分布筋为最小配筋率0.25%，典型墙厚的最小配筋率对应的配筋值见表1。

表1 典型墙厚的最小配筋率对应的配筋值

（2）局部楼层指定配筋率，实配钢筋应与计算参数设定的配筋率保持一致。

图1和图2中局部楼层的竖向分布筋配筋率参数设定为0.40%，相应楼层的暗柱纵筋的计算值也是依据0.4%的墙体竖向钢筋配筋率的计算结果，此时，若竖向钢筋的实配值不满足指定的配筋率时，暗柱纵筋的计算结果没有意义。

3）暗柱的最小配筋见表2～表4。

表2 约束边缘构件的最小纵筋

表3 底部、非底部加强区的构造边缘构件的最小纵筋

表4 预制墙板构造边缘构件纵向连接钢筋的最小钢筋

（1）暗柱的计算配筋为0，实配钢筋仍要满足最小配筋的要求。如图4所示。

图4 计算结果输出二

一般情况下，当墙厚为200mm，纵筋的间距为150～200mm，纵筋的直径采用φ16mm时，暗柱的配筋率大概是1.2%，直径为采用φ14mm时，配筋率约为0.95%，直径采用φ12mm时，配筋率约为0.7%。如果暗柱的纵筋是由最小配筋率控制，可以按照上述的统计规律大概判断是否满足最小配筋率。

（2）图5为计算最小配筋率时暗柱采用的最小截面尺寸。如果由于暗柱边有洞口等原因，暗柱的个别尺寸不能满足图5所示的标准暗柱尺寸，如图6所示，此时当暗柱的纵筋由最小配筋率决定时，在计算应配钢筋面积时，暗柱的面积仍按标准面积计算，以避免配筋数量不足。

4）独立暗柱要同时满足暗柱的配箍率和墙体的水平钢筋计算值。

图7为某工程底层剪力墙暗柱的平面布置图，YBZ6和YBZ9为无墙肢的独立暗柱，暗柱的厚度为200mm。混凝土的强度等级为C40，剪力墙的抗震等级为二级，墙肢的轴压比超过了0.3（见图8），暗柱应该为约束边缘构件，根据表3，这2个暗柱的最小体积配箍率应为0.64。一般情况下，200mm厚的墙体，箍筋和拉筋为φ8mm@150mm时，实际体积配箍率大概为0.7，可以满足暗柱最小体积配箍率。但是，YBZ6和YBZ9为无墙肢的独立暗柱，还需要同时满足墙体的水平抗剪钢筋

图5 标准暗柱尺寸

图6 非标准的暗柱尺寸

图7 独立暗柱平面图

图8 独立暗柱的轴压比

的计算值，如图9所示，YBZ6为H2.2，YBZ6为H2.3，暗柱的箍筋φ8mm@150mm相当于H1.33，不满足墙肢抗剪要求【2】。

如果独立暗柱的箍筋采用φ12mm@150mm，如图10所示，相当于H3.0，满足水平抗剪钢筋的计算值H2.2和H2.3。当然，暗柱内的拉筋仍采用φ8mm@150mm。

2 剪力墙结构连梁剪压比超限常用的处理方法

JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中7.2.26提出几种处理连梁剪压比超限的措施：

1）减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施；

图9 独立暗柱计算结果

图10 暗柱的配筋示例

2）对连梁刚度折减或者连梁两端的弯矩进行调幅；

3）当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面应按2次计算的较大值计算配筋。

在实际操作中可以采用如下措施：

1）针对上述第1）条，可以采用双连梁或者连梁+低配筋混凝土墙等措施减少连梁的截面高度。

2）针对上述第3）条，可以按不考虑连梁刚度的独立墙肢的模型进行二次内力分析计算。由于不考虑连梁刚度会导致截面模型的整体刚度减小，水平地震作用力也会相应减小，所以，墙肢的配筋应该按照是否考虑连梁刚度2种计算模型的结果进行包络配筋。

不考虑连梁刚度可以采取在连梁两端点铰或者把连梁刚度折减系数设置为0.1两种方法【3，4】。

3）采用北京市建筑设计研究院编写的《建筑结构专业技术措施》附录G提供的方法。

（1）按照JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》的公式计算超限连梁的最大受剪承载力：对于跨高比大于2.5的连梁：

式中，V为剪力设计值；fc为混凝土的轴心抗压强度设计值；bb和hb0分别为梁宽和有效梁高；γRE为承载力抗震调整系数；βc为混凝土强度影响系数。

对于跨高比不大于2.5的连梁：

（2）把剪压比超限的连梁的截面尺寸减小，经重新计算，使得减小截面尺寸后的连梁的剪力不大于经过式（1）或式（2）计算得出的V（注：仅控制连梁截面减小之后的剪力不大于式（1）或式（2）计算得出的V，对其是否剪压比超限不做控制）。

（3）如果由于结构模型刚度改变出现了新的剪压比超限的连梁，重复上述方法，控制其截面减小之后的梁端剪力不大于式（1）或式（2）计算得出的V。

（4）由剪力V反推出连梁的受弯承载力M，公式如下：

式中，η为连梁剪力的增大系数，一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1；Ln为梁的净跨。

按未减小截面尺寸的原连梁及受弯承载力M配受弯纵筋。

式中，As为连梁的纵向钢筋；fy为钢筋的屈服强度；hb0为连梁的有效高度。

该方法的实质是弯矩调幅，把连梁的端部负弯矩调幅到小于由连梁的最大剪压比确定的其所能承担的弯矩值。

（5）对于框架剪力墙结构，当连梁的宽度较大时可以在连梁中增加交叉斜向钢筋或斜撑【5】。

增加交叉斜向钢筋或斜撑之后，连梁的剪压比计算公式为：

与上面的式（1）和式（2）相比，增加交叉斜向钢筋或斜撑之后剪压比的限值提高了。

3 剪力墙结构设计的一些基本原则

1）当上部主体结构嵌固在混凝土地下室顶板时，地下1层的混凝土结构的抗震等级应与上部结构的抗震等级相同。

2）地下1层以下楼层抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。

3）计算弹性层间位移角时，可以采用连梁不折减的模型计算结果。

4）调整信息：装配式结构中现浇部分地震内力放大系数为1.1。

4 其他注意事项

1）地基处理后的地基抗震承载力的提高系数的取值在按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）的表4.2.3选取时，表中的fak应为天然土层的fak。

2）对于混凝土结构对地下1层顶板或者地下工程的地下1层的顶板，无论有无柱帽，根据《关于加强地下室无梁楼盖工程质量安全管理的通知》（住建部建办质〔2018〕10号），需要设置暗梁，暗梁构造参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）第6.6.4条第1款：暗梁的宽度取柱宽及柱两侧各不大于1.5倍板厚，暗梁支座上部钢筋面积应不少于柱上板带钢筋面积的50%，暗梁下部钢筋不宜少于上部钢筋的50%，箍筋直径不应小于8mm，间距不宜大于3/4倍板厚，肢距不宜大于2倍板厚，在暗梁两端应加密【6】。

通过柱截面或柱帽冲切锥体范围内的板底连续钢筋作为暗梁下铁，其总截面积还应满足6.6.4条第3款要求：