摘要: 空心鋼筋混凝土剪力墻體系是靠調整剪力墻自身的剛度和自重達到減小地震作用的一種減震體系。這種墻混凝土用量較傳統(tǒng)的實心剪力墻減少20%~25%,自振周期較普通剪力墻提高25%左右,總地震作用可減少20%左右,鋼筋用量也會相應減少。將這種墻體用于多層及高層的住宅,可以減輕房屋自重,合理調整結構抗側剛度,減少地震作用,達到節(jié)土、節(jié)能及節(jié)省開支的效果。但是,隨之而來的是我們發(fā)現這些剪力墻結構小高層在施工質量上還存在著一些質量通病,為此,本文結合現如今的施工經驗,探討了空心剪力墻結構的具體構造措施。
關鍵詞:剪力墻 構造措施
這種墻廢除了粘土磚,對節(jié)約農田、節(jié)能、利用工業(yè)廢料(制作一次性內模),保護生態(tài)環(huán)境都具有重要意義,同時,這種墻在保證足夠的強度,抗震性能的情況下,造價適中,易被用戶接受。這種墻施工方便,不用改換常用的施工機具和模板,施工速度快,因此,這種墻有廣闊的開發(fā)推廣使用前景。
一、空心剪力墻設計中的基本概念
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,當比值小于或等于4時可按柱設計,當墻肢長與肢寬之比略大于4或略小于4時可視為為異形柱,按雙向受壓構件設計。
2.剪力墻結構中,墻是一平面構件,它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外,還承擔豎向壓力;在軸力,彎矩,剪力的復合狀態(tài)下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外,還必須滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求: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計成延性彎曲型。
3.實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、魚骨式結構片墻及小開洞墻。整體墻受力如同豎向懸臂,當剪力墻墻肢較長時,在力作用下法向應力呈線性分布,破壞形態(tài)似偏心受壓柱,配筋應盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞,提高延性應將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率;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,墻肢單獨作用顯著,連梁中部出現反彎點要注意墻肢軸壓比限值。
壁式框架:當剪力墻開洞過大時形成寬梁、寬柱組成的短墻肢,構件形成兩端帶有剛域的變截面桿件,在內力作用下許多墻肢將出現反彎點,墻已類似框架的受力特點,因此計算和構造應按近似框架結構考慮。綜上所述,設計剪力墻時,應根據各型墻體的特點,不同的受力特征,墻體內力分布狀態(tài)并結合其破壞形態(tài),合理地考慮設計配筋和構造措施。
4.墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析,求得內力后按偏壓或偏拉進行正截面承載力和斜截面受剪承載力驗算。當受較大集中荷載作用時再增加對局部受壓承載力驗算。在剪力墻承載力計算中,對帶翼墻的計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、二級抗震墻時墻的厚度應≥160mm,底部加強區(qū)宜≥200mm,三、四級抗震等級時應≥140mm,豎向鋼筋應盡量配置于約束邊緣。
以上所述的剪力墻設計中的概念問題可能絕大部分設計人員都懂,但實際應用到工程設計中,施工圖紙表達出來的東西有時則存在很大差別,追究原因,許多是與具體的構造處理有關,因此造成墻的截面和配筋差別大不合理。
二、空心剪力墻結構的構造措施
1、材料
為保證構件在水平地震作用下有足夠的承載能力及變形育動,剪力墻的混凝土不宜太低,空心剪力墻的混凝土強度等級不回氏于C25.
2、剪力墻的厚度
剪力墻的厚度主要取決于剪力墻的穩(wěn)定性、承載力和施工的要求。如果剪力墻的厚度太小,不利于墻體的穩(wěn)定性,也不便于施工。因此,對剪力墻的厚度應有所限制。在相同厚度清況下,空心剪力墻的強變育斷左到甚至超過實心剪力墻,但空心剪力墻的穩(wěn)定性低于實心剪力墻。
3、剪力墻的門窗洞口布置
試驗研究和震害分析表明,剪力墻門窗洞口如布置不規(guī)則,將引起應力集中現象,易使墻體發(fā)生剪切破壞。如果洞口的布置規(guī)則,上下各層對齊,能形成明確的墻肢和連梁,應力分布比較規(guī)則,設計結果安全可靠。錯洞剪力墻應力分布復雜,計算、構造都比較復雜和困難,因此不宜采用錯洞布置。另外,由于連梁高度大可能會引起連梁的剪切破壞,因此為了減小連梁高度,建議采用低窗或者將窗洞落地,主體施工完畢后,再用填充砌俐各其砌至建筑標高。
4、豎向孔洞
豎向孔洞對截面有削弱作用,固孔洞率不能過高,不宜超過30%。豎向孔洞的直徑應不大于墻厚的一半,其間距不宜小于150mm.空心剪力墻中的豎向子酮采用具有一定剛度的一次脫模形成為使鋼筋混凝土空心剪力墻的截面尺寸變化不致過決,應將相鄰內模高低交錯布置,低于(或高于)相鄰內模150mm.
5、圈梁
圈梁有效地抑制了墻體余}裂縫的發(fā)展,圈梁與暗柱一起加強了結構的整體性,對結構的抗震性育翅到了提高作用。另外由于圈梁的存在,增強了空自剪力墻的穩(wěn)定性?招募袅Y構的圈梁高度不宜小于300mm,寬度同墻厚?v向鋼筋不宜小于416,箍筋直徑不應小于8mm,間距不宜大于30mm.
6、連梁
連梁是對剪力墻結構抗震性能影響較大的構件,為了使助胡支剪力墻形成強墻弱梁的效果,以提高延性,應使連梁早于空心剪力墻屈服,但同時應當保證使連梁進入彈塑性工作狀態(tài)后仍能發(fā)揮良好的作用。
7、保護層
混凝土保護層層最小厚度的取值,主要是按照耐久性和粘結錨固性能的要求而確定的。對于梁、板柱中受力主筋的保護層厚度,在一些國家的規(guī)范中均有按粘結錨固要求而使保護層厚度不小于鋼筋直徑的規(guī)定。因此,為保證鋼筋與混凝土共同工作,在原則上也要求混凝土保護層厚度不小于受力鋼筋直徑。耐久性要求的混凝L保護層厚度,是按照在構件的基本耐久年限中不發(fā)生危及結構安全的鋼筋銹蝕而確定的。
8、錨固長度
在混凝土結構構件中,鋼筋和混凝土兩種材料能共同工作的基本前提是,這兩種材料之間能可靠的錨固。試驗研究表明,鋼筋與混凝土中的粘結錨固作用有四個來源:(l)鋼筋與混凝土接觸面上的膠結力;(2)在已發(fā)生相對滑移區(qū)域仁的摩阻力;(3)變形鋼筋橫肋對肋前混凋進二擠壓而產生的咬合力,是變形鋼筋錨固力的主要來源。
9、剪力墻的鋼筋布置
空心剪力墻中間有豎向孔洞,為了加強剪力墻出平面的側向受彎承載力及固定鋼筋和孔洞的位置,豎向和水平分布鋼筋至少應雙排布置。分布鋼筋之間的拉接鋼筋,必須設置在孔洞之間,間距不應大于500mm,直徑不應小于6mm,拉筋與外皮水平鋼筋鉤牢。在加強部位,邊緣構件以外的拉筋間距還應適當加密。
剪力墻分布鋼筋的作用是多方面的:抗剪、抗彎、減少收縮裂縫等。試驗研究還表明,分布鋼筋過少,剪力墻會由于縱向鋼筋拉斷而破壞,需要給出剪力墻分布鋼筋最小配筋率。
諸多研究表明,剪力墻的周期反復荷載作用下的塑性變形能力,與截面縱向鋼筋的配筋、端部邊緣構件的范圍、端部邊緣構件內縱向鋼筋及箍筋的配置,以及截面形狀、截面軸壓比大小等因素有關,而墻肢的軸壓比則是更重要的影響因素。