[转贴]钢筋混凝土抗震墙的设计的体会

tammy

抗震墙广泛用于多层和高层钢筋混凝土房屋,2001规范规定的7种现浇钢筋混凝土结构房屋 中,除框架结构外，其余6种结构体系均与剪力墙有关，所以有必要重点对剪力墙结构作一个重点研究。
在受力方面，因为剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下，其变形小，破坏程度低，可以设计成延性抗震墙，大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形，耗散地震能量，在与其他结构共同工作的同时，能吸收大部分的能量，降低其他结构的抗震要求，在设防较高的地区（8度及区以上地区）优点更为突出。
抗震墙由墙肢和连梁两部分组成。设计时应遵循强墙弱梁；强剪若弯的原则。即连梁的屈服先于墙肢；连梁和墙肢均应为弯曲屈服。 与89规范相比，2001规范在剪力墙抗震设计特别在抗震构造方面有比较大的变化。
主要包括：
1. 底部加强区高度的变化
2. 墙肢组合截面的弯矩。剪力设计值和连梁组合的设计值
3. 分布钢筋的最小配筋率
4. 增加了剪力墙的轴压比的限值
5. 将边缘构件分为约束边缘构件 和 构造边缘构件 两种边缘构件的构造不同，加强了应加强的部位，放松了可放松的部位。使抗震墙的设计更具合理性
6. 2001规范取消了89规范的“弱连梁”和 “小墙肢”的术语，代之以“跨高比”和墙肢长度和厚度的比值，应当说在概念上是没有区别，但89规范虽然对“弱连梁”作了规定但在设计中难以确定社么是弱连梁

一． 抗震墙设计的一般要求
1. 抗震墙的布置原则： 作为主要的抗侧力构件，合理的布置是构建良好抗震性能的基础。应遵循 “八字方针”即“对称 均匀 周边 连续”外，还须注意：
  a. 将长墙分成墙段对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构，若内纵墙很长，且连梁的跨高比小，刚度大，则墙的整体性好，在水平地震作用下，墙的剪切变形较大，墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度，2001规范规定（6。1。9。1）将将长墙分成墙段，使墙的高宽比大于2。墙段由墙肢和连梁组成。89规范也有相同的规定（第6。1。13条）区别在于：连梁。89规范为弱连梁2001规范为跨高比不小于6的连梁其目的是：设置刚度和承载力较小的连梁，在地震作用下可能先破坏，屈服。使墙段成为抗侧力单元，且墙段以弯曲变形为主。
   b. 避免墙肢长度突变 抗震墙和部分框支抗震墙结构的墙肢的截面长度，沿高度不宜有突变，当抗震墙的洞口比较大时，以及一 二级抗震 墙的底部加强区，不宜有错洞布置的剪力墙。
2．框支层墙体的布置：
  a. 对框支层刚度的要求部分框支的抗震墙结构的框支层，抗震墙减少，侧向刚度降低，在地震作用时有可能变形集中在框支层。框支层是使结构具有良好抗震性能的关键部位。对于矩形平面的部分框支的抗震墙结构为避免框支层成为薄弱层或软弱层，2001规范第6。1.9.3条规定：框支层的侧向刚度不应小于上一层非框支层侧向刚度的50%。（应该说规范的要求并不过分，设计时应尽量避免这种对抗震极为不利的结构形式。与建筑师一起努力，为建造牢固的建筑产品而共同奋斗）新规范取消了原89规范对框支层落地剪力墙数量的规定，从设计上讲比原规范抽象但却更加合理，所以我建议：在平面布置时可以借用原规范的数量控制作为直观的手段，然后进行量化计算。
   c. 框支墙落地的间距不宜过大框支层的水平地震剪力主要由落地剪力墙承担.作用在紧邻框支层的上一层非落地剪力墙的水平力亦通过框支层楼板传到落地墙，为保证楼板有足够大的平面内刚度（传递水平力）2001规范规定：落地墙的最大水平间距不宜大于24米（第6.1.9.3条）取消了原“四开间”的含糊概念。另外，新旧规范均对框支层楼板提出了具体的特殊规定（附录E.1）希望能引起设计者的高度重视。
   d. 部分落地墙宜设计成筒体，以增加抗扭刚度和抗侧刚度 此条在实践中似较难作到，但须与建筑专业很好协调的话，相信效果一定会很明显。
3．框架-抗震墙结构的抗震墙的布置： 框架-抗震墙结构在实际工程中运用最多（对高层而言）布置要点是：位置和数量 抗震墙的数量以满足刚度即满足层件位移限值为宜，位置相对灵活，但应符合规范第6。1。8和6。1。5条的规定
a. 沿房屋高度，抗震墙宜连续布置，宜全长贯通，避免切断，且洞口宜上下对齐，避免墙肢长度的突变。对外墙而言较容易作到，这与上述的“八字方针”相统一，内墙有时相对较困难。
b. 不宜开大洞口，避免削弱抗震墙的 刚度取消了89规范对洞口面积的限值的规定，但在实际中对此条规定较难掌握，由此引起的争执亦屡见不鲜。
c. 洞边距柱柱端（注意：指距柱内侧）不小于300。以保证柱作为边缘构件的作用和约束边缘构件的长度。
d. 双向抗侧力的结构形式。且纵横墙宜相连，使彼此成为有翼缘的剪力墙 不但可以增加刚度，同时还能有效地提高塑性变形的能力
e. 对于较长的房屋，不宜在房屋的端部设剪力墙 以避免温度应力对剪力墙的不利影响。
f. 对于一 二级抗震墙 ，其连梁的跨高比不宜大于5。且高度不小于400。连梁有较大的刚度，可保证墙体的整体性能良好并能增大耗能能力。
g. 柱中线与梁 墙中线不宜大于柱宽的1/4。以减少地震作用对柱的扭转效应。否则应通过加水平腋。加强柱内配箍率等方法加以弥补。
4．抗震墙及连梁的截面尺寸的有关规定： 新老规范基本相似，但具体数值并不相同 主要包括：截面尺寸 最大剪压比 最小墙体厚度等
a.最大剪压比限值：（89规范无此条） 对剪跨比大于2的剪力墙和跨高比大于2.5的连梁 剪压比不应大于0.2剪跨比小于2的剪力墙和跨高比小于2.5的连梁剪压比不大于0.15（第6.2.9条）原因是：剪跨比小的墙和跨高比小的连梁其剪切变形较大，甚至以剪切变形为主，故对剪压比的要求应更严格一些。 实验表明：剪压比超过一定值时，将过早出现斜向裂缝,增加在、水平筋和箍筋的方法没有作用，在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪压的共同作用下破碎。 合理的方法是：加大混凝土强度等级，加厚墙 梁 或加长墙的长度，但不宜加高梁的高度在计算墙肢的剪跨比时弯矩和剪力均取地震作用下的效应组合的计算值，当楼曾上下端计算弯矩不同时，取较大值（反弯点不在层高的1/2处或反弯点不在本层的楼层内时）
b. 抗震墙的 最小厚度： 框架-剪力墙结构的 底部加强区不小于200 且不小于层高的1/16（老规范无此条）框架-剪力墙结构的 其他部位不小于160 且不小于层高的1/20（老规范同） 框架-剪力墙结构的 墙的周边应设置梁或暗梁 端柱组成边框。其他结构的 一 二级不小于160 且不小于层高的1/20（ 其他结构的 三四级不小于140 且不小于层高的1/25 其他结构的 一二级底部加强区不小于200 且不小于层高的1/16（无端柱或翼墙时 不小于层高的1/12）。2001规范对二级剪力墙的厚度比远规范严格；增加了四级抗震等级下剪力墙 的厚度和一一 二级抗震墙底部加强区的墙厚的要求。

[ 本帖最后由 xmwhit 于 2007-6-12 13:51 编辑 ]

tammy

抗震墙墙肢和连梁的承载力验算，本规范未作具体规定，应按混凝土结构设计规范执行，本规范对承载力验算中与抗震有关的若干问题作了规定。
1）墙肢弯矩设计值
各种结构类型的一级抗震墙弯矩设计值按下述方法进行调整（6.2.7条1款）：底部加强部位及以上一层，采用底截面的组合弯矩设计值；以上部位组合弯矩设计值乘以增大系数1.2。与89规范（第6.2.11条）相比较，简化了底部加强部位以上的弯矩设计值的取值。
地震作用下，墙肢首先在底截面屈服；随着变形增大，屈服部位向上发展，形成塑性鉸区。提高潜在塑性鉸区的弯矩设计值，一方面可以推迟塑性鉸区的形成，另一方面可以将塑性变形限制在底部一定范围。
新西兰和欧洲规范采用类似的弯矩设计值分布：底部一定高度内采用底截面的弯矩，以上的弯矩分布为线性。
2）墙肢剪力设计值
按强剪弱弯要求，抗震墙底部加强部位的剪力设计值要根据墙肢的实际受弯承载力确定。
89规范一级抗震墙按墙肢的实际受弯承载力计算剪力设计值，二级抗震墙采用组合的剪力计算值与增大系数的乘积作为设计值（第8.2.7条）。2001规范一、二级墙底部加强部位都采用组合的剪力计算值与增大系数的乘积作为剪力设计值，增加了三级墙的增大系数；9度时，除应采用增大系数外，还要按墙肢实际受弯承载力计算相应的剪力，取大者作为组合的剪力设计值（6.2.8条）。底部加强部位以外，采用组合的剪力设计值验算受剪承载力。
3）偏心受拉墙肢
抗震墙墙肢为压弯构件，破坏形态有大、小偏压和大、小偏拉；大偏压破坏的墙肢，延性和耗能能力大，优于小偏压破坏；大偏拉破坏的墙肢，延性和耗能能力差，小偏拉破坏墙肢的抗震性能更差。
如果一个墙肢出现拉力，该墙肢会较早出现裂缝，钢筋较早屈服，地震剪力向未开裂的或未屈服的墙肢转移，使这些墙肢的剪力加大，可能引起过早的剪切破坏。部分框支抗震墙结构的落地抗震墙是保证框支层良好抗震性能的关键，因此，2001规范规定，这些墙肢不宜出现偏心受拉（6.2.7条2款）。89规范无此规定。
双肢墙的一个墙肢为小偏心受拉时，墙肢全截面开裂，刚度降低，另一墙肢的地震水平剪力增大，使之也破坏，双肢墙的抗震性能退化。因此，应避免双肢墙的墙肢出现小偏拉。双肢墙的一个墙肢为大偏拉时，另一受压墙肢的弯矩、剪力设计值应乘以增大系数1.25（6.2.7条3款），以提高受弯、受剪承载力，推迟其屈服。由于地震为往复作用，因此，两个墙肢的弯矩、剪力设计值都要乘1.25。89规范的规定相同（第6.2.12条）。
4）  一级落地墙底部加强部位受剪承载力
部分框支抗震墙结构框支层的抗震墙减少，使落地墙的剪力增大、剪跨比减小，有可能出现剪跨比小于2的矮墙；此外，不落地墙通过楼板向落地墙传递剪力，类似于在落地墙上附加一个水平力，有矮墙效应。为了保证一级落地墙底部加强部位边缘构件以外的混凝土部份在大震下的抗剪作用，2001规范规定（6.2.11条1款），两排钢筋之间拉结筋的直径不小于8mm、间距不大于分布筋间距的2倍和400mm的较小值时，才能计入混凝土的抗剪作用。89规范无此规定。
5）防滑斜筋
无地下室的部分框支抗震墙结构的一级落地墙，当考虑不利荷载组合出现偏心受拉时，为了防止墙与基础交接处产生滑移，除应满足6.2.14条施工缝受剪承载力要求外，宜按总剪力的30％另设450交叉防滑斜筋（6.2.11条），斜筋可按单排设在墙截面中部，并满足锚固要求。89规范无此规定。
6）施工缝受剪承载力
抗震墙的水平施工缝处，由于混凝土结合不良，可能形成抗震薄弱部位。2001规范和89规范都规定一级抗震墙要进行水平施工缝处的受剪承载力验算。
2001规范验算公式（6.2.14）依据试验资料，不计混凝土的作用，计入轴向压力的摩擦作用和轴向拉力的不利影响。穿过施工缝的钢筋处于复合受力状态，其强度采用0.6的折减系数。还需注意，计算轴向力设计值时，重力荷载分项系数受压时取1.0、受拉时取1.2。

tammy

一、    连梁内力设计值和承载力验算

1）刚度折减
联肢抗震墙在水平地震力作用下，连梁两端弯矩相同、反弯点在跨中。连梁的剪跨比较小、刚度大，若按连梁实际刚度进行结构分析，所得连梁剪力值较大，可能超过剪压比限值，使连梁剪切破坏。对于抗震设计，连梁的刚度并不是越大越好，而是要适当降低连梁刚度。2001规范规定，抗震墙连梁的刚度可以折减，折减系数不小于50％（6.2.13条2款）。89规范的折减系数为不小于60％。连梁刚度折减后，使水平地震力产生的梁端约束弯矩降低，同时也降低了连梁的剪力和剪压比，避免剪切破坏，有利于实现强剪弱弯的延性连梁。
2）连梁剪力设计值
按强剪弱弯的设计原则，连梁的剪力设计值要由其实际的受弯承载力确定。89规范一级抗震墙的连梁即按实际受弯承载力计算连梁剪力设计值（第6.2.5条）。2001规范作了简化，采用增大系数计算连梁组合的剪力设计值，增加了对三级抗震墙连梁的增大系数；9度时，还要按实际的受弯承载力计算剪力设计值，取两者的大者验算受剪承载力（6.2.4条）。
增大系数的取值，主要考虑了材料的实际强度、连梁实配受弯钢筋的面积超过计算所需的面积，以及不同抗震等级对“强剪弱弯”的不同要求。需注意的是，连梁两端弯矩设计值之和为顺时针方向之和及逆时针方向之和两者的较大值。
如何调整跨高比不大于2.5的连梁的剪力设计值，规范未作规定。
3）连梁斜向配筋
跨高比小的连梁容易剪切破坏，即使是按强剪弱弯设计，在梁的两端屈服出现塑性鉸后，仍难避免剪切破坏。为了改善跨高比小的连梁的性能，从而改善联肢墙的抗震性能，2001规范增加了连梁斜向配筋的规定。
有两种斜向配筋的方式：有箍筋的暗柱和无箍筋的钢筋。试验研究表明，连梁配置斜向交叉暗柱，可以提高连梁的受剪承载力、剪切变形能力和耗能能力，使抗震墙具有良好的抗震性能。配置无箍筋的斜向钢筋，对连梁的抗震性能也有一定的改善。
2001规范规定，筒中筒结构的一、二级核心筒和内筒的跨高比不大于2的连梁，宜配置斜向交叉暗柱，暗柱承担全部剪力（6.2.7条）；其它结构一、二级抗震墙跨高比不大于2的连梁，采用无箍筋的斜向交叉钢筋，作为改善受力性能的构造措施（6.4.10条）。
从施工的角度，连梁厚度较小时，斜向暗柱的施工困难。因此，规范规定配置暗柱的连梁厚度不小于400mm；若连梁厚度小于400mm，则配置斜向交叉构造钢筋。

tammy

1）分布钢筋
抗震墙分布钢筋的作用是多方面的：抗剪、抗弯，减少收缩裂缝等。实验研究还表明，分布筋过少，抗震墙会由于纵向钢筋拉断而破坏。UBC-97、ACI318-99等，都有抗震墙分布筋最小配筋率的规定。
2001规范规定，框－墙结构抗震墙的竖向和横向分布筋的最小配筋率为0.25％（6.5.2条），与89规范相同（第6.5.2条）；部分框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位，不小于0.3％（6.4.3条2款），89规范无此规定；其它结构的抗震墙，一、二、三级不小于0.25％，四级不小于0.2％（6.4.3条1款），与89规范不完全相同（第6.4.4条）。分布筋的直径不宜小于8mm，也不宜过粗，规范规定不宜大于墙厚的1/10；分布筋的间距，一、二、三级墙不大于300mm，部分框支墙结构底部加强部位不大于200mm。分布筋的间距小一些好，有利于减少收缩裂缝和减少反复荷载作用下的交叉斜裂缝。
2）轴压比限值
2001规范规定了抗震墙轴压比的限值，这是89规范没有的。随着建筑结构高度的增加，抗震墙底部加强部位的轴压比也随之增加，统计表明，实际工程中抗震墙在重力荷载代表值作用下的轴压比已超过0.6。
影响压弯构件的延性或屈服后变形能力的因素有：截面尺寸，混凝土强度等级，纵向配筋，轴压比，箍筋量等，主要因素是轴压比和配箍特征值。抗震墙墙肢实验研究表明，轴压比超过一定值，很难成为延性抗震墙。
2001规范6.4.5条规定的轴压比限值适用于各种结构类型的抗震墙墙肢。9度一级墙最严，限值为0.4；8度一级墙次之，限值为0.5；二级墙的限值为0.6。
计算墙肢轴压比时要注意：1）只需计算墙肢固定端截面的轴压比。抗震墙底部加强部位的弯矩设计值相同，一般情况下，墙的厚度也相同，若固定端截面的轴压比不超过限值，以上部位的轴压比也不会超过限值。墙肢的塑性鉸在底部加强部位范围内，加强部位以上一般不会出鉸，可以不限制轴压比，但也不宜超过限值。2）用重力荷载代表值计算轴压比。即计算轴压比时，只考虑重力荷载组合，楼层活载按规定折减，恒载和活载的分项系数分别取1.4和1.2。
UBC97规定，抗震墙墙肢的轴压力Pu≤0.35Po。式中，Po=0.85 fc’ (A- Ay) + Ayfy，轴压力Pu由恒载、活载和地震作用产生，分项系数分别为1.2、0.5和1.0，即Pu =1.2D+0.5L+E。若取fc’=0.8fcu，fc=0.5fcu，fy=310MPa，Ay=0.3%A，C40混凝土，则可换算为Pu≤0.49Afc，即轴压比限值为0.49。2001规范与UBC-97比，有的墙肢UBC-97的轴压力大，有的墙肢2001规范的轴压力大。大体上，2001规范8度一级抗震墙墙肢的轴压比限值，与UBC-97的墙肢轴压比限值相当。
2001规范规定，墙肢长度小于墙厚的3倍时（89规范的小墙肢），轴压比不应大于0.6（6.4.9条）。
3）约束边缘构件
2001规范规定，抗震墙墙肢两端应设置边缘构件，边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。约束边缘构件是指用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙，其混凝土用箍筋约束，有比较大的变形能力；构造边缘构件的混凝土约束较差或没有约束。
墙肢在轴压力和弯矩共同作用下，破坏时受压区混凝土压碎，墙肢的延性与受压区混凝土的变形能力即箍筋约束有关。轴压比越大的墙肢，为达到大的延性，受压区混凝土所需的约束程度越高。箍筋对混凝土的约束程度，2001规范用配箍特征值表示，既考虑了体积配箍率，又考虑了箍筋的屈服强度和混凝土的强度。
下列墙肢应设置约束边缘构件（6.4.6条）：除部分框支抗震墙结构外，其余各种结构类型的一、二级抗震墙底截面的轴压比超过下列值的墙肢，9度一级为0.1，8度一级为0.2，二级为0.3，计算轴压比用的轴压力由重力荷载代表值产生，不考虑地震作用效应组合；部份框支抗震墙结构的一、二级抗震墙。
约束边缘构件的形式（6.4.7条，6.7.2条）：约束边缘构件可以是暗柱（矩形端）、端柱和翼墙，端柱截面边长不小于2倍墙厚，翼墙长度不小于其3倍厚度，不足时视为无端柱和无翼墙；部份框支抗震墙结构，一、二级墙的底部加强部位及以上一层，墙的两端必须有端柱或翼墙，以保证其有足够大的变形能力。
约束边缘构件的高度（6.4.6条，6.7.2条）：沿墙肢的高度为底部加强部位及以上一层，筒体结构核心筒或内筒角部宜沿结构全高设置约束边缘构件。
约束边缘构件沿墙肢的长度（6.4.7条，6.7.2条）：矩形端－9度一级0.25hw，8度一级0.2hw，二级0.2hw；有翼墙或端柱－9度一级0.2hw，8度一级0.15hw，二级0.15hw；筒体结构核心筒或内筒角部－0.25hw；且不小于1.5bw和450mm，不小于翼墙厚度或端柱截面高度加300mm。
约束边缘构件的配筋（6.4.7条）：配箍特征值为0.2，箍筋间距一级不大于100mm、二级不大于150mm，箍筋边长比不大于3、相互搭接长度不小于箍筋长边的1/3；一、二级墙的纵筋截面面积，分别不小于2001规范图6.4.7阴影面积的1.2％和1.0％。
研究表明，约束边缘构件的长度和配箍特征值，与墙肢的轴压比有关，为达到同样大的延性，轴压比大的墙肢，所需的长度和配箍特征值也大。2001规范的约束边缘构件长度和配箍与墙肢轴压比无关，长度与设防烈度和抗震等级有关，而配箍特征值都一样，简化了设计。
4）构造边缘构件
下列抗震墙墙肢设置构造边缘构件（6.4.6条）：除部分框支抗震墙结构外，一、二级抗震墙底截面的轴压比不大于：9度一级0.1、8度一级0.2、二级0.3的墙肢；一、二级抗震墙底部约束边缘构件以上的部位；三、四级抗震墙。
构造边缘构件的长度和配筋（6.4.8条）：构造边缘构件的长度按2001规范图6.4.8采用，矩形端取墙厚与400mm的大者，有翼墙时为翼墙厚加300mm，有端柱时为端柱。配筋按2001规范表6.4.8，底部加强部位和其它部位分别对待，纵向钢筋的最小量不同，水平筋的量和形式也不同，底部加强部位用箍筋，而其它部位用拉筋即可，但转角处宜用箍筋。