剪力墙钢筋构造做法的力学逻辑

在竖向荷载（恒、活荷载）和水平荷载（地震作用、风荷载）共同作用下，剪力墙为竖向悬臂型构件，整体或小开口整体剪力墙的墙肢为压、弯、剪共同作用的构件，而双肢或多肢开洞剪力墙的墙肢可能是压、弯、剪，也可能是拉、弯、剪共同作用的构件（后者出现的机会较少，在竖向荷载小于水平荷载产生的拉力时出现）。

剪力墙端部的竖向钢筋和腹板中的竖向分布钢筋共同抵抗压弯作用，端部要配置局部箍（拉）筋，箍（拉）筋和端部竖向钢筋组成剪力墙的边缘构件，箍（拉）筋约束混凝土以改善端部混凝土的抗压性能，提高剪力墙的抗弯延性，因此规范要求底部轴力较大时设置约束边缘构件，轴力小时设置构造边缘构件。

剪力墙端部的竖向钢筋和腹板中的竖向分布钢筋通过压弯计算确定，端部边缘构件的箍筋及最小竖向钢筋由剪力墙的轴压比和抗震等级确定。压弯计算时，偏压构件分为大偏心和小偏心破坏两种情况，大偏压破坏时，其极限状态应力分布如图1所示。

图1  大偏压截面应力分布

注：本图来源于罗福午、方鄂华、叶知满编著的《混凝土结构及砌体结构》

从图中可以看到，剪力墙腹板中的竖向分布钢筋A_sw可计入抗弯，因此当端部纵筋A_s的计算值过大时，可以通过增加竖向分布钢筋A_sw适当调整；但是小偏压剪力墙的截面大部分或全部受压（见图2），剪力墙腹板中的竖向分布钢筋不计入抗弯，此时竖向分布钢筋只需按构造配置。

图2  小偏压截面应力分布

剪力墙的水平分布钢筋用于抗剪，通过抗剪计算确定。矩形截面墙体受剪力作用时，剪应力分布如图3（来源于朱炳寅编著的《建筑结构设计问答及分析》）所示，剪应力分布形状为两头小中间大的二次抛物线，两头为零，中性轴处最大，也即墙体中部水平钢筋所受的拉力最大。

图3  墙的剪应力分布

2.1 规范规定

现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010（以下简称《高规》）：

2.2 水平分布钢筋的搭接

由于剪力墙的水平分布钢筋在剪力作用下受拉，如同我们不希望受拉钢筋都在同一位置接头一样，现行规范对剪力墙的水平分布钢筋一般要求是错开搭接。《混规》和《高规》的规定略有不同，《混规》要求“接头位置错开不宜小于500mm”，《高规》要求“一、二级剪力墙底部加强区，接头位置应错开，其他情况可同位置连接”。

16G101-1图集关于剪力墙水平分布钢筋的搭接构造要求见第71页右上角的“剪力墙水平分布钢筋交错搭接”大样和第76页“剪力墙水平分布钢筋计入约束边缘构件体积配箍率的构造做法”的注3，如图4。

图4      16G101-1中做法

第71页大样中水平分布钢筋是错开搭接，而第76页的注3，对于第76页的详图（一）考虑现场实际情况写的是“宜错开”，相当于此处开了口子。

22G101-1修编针对这个问题，专家组认为“一、二级剪力墙底部加强区剪力一般较大，接头要求不能放松”，因此本次修正了注3，如图5。

图5  22G101-1第2-25页注3

可能有人会有疑问，除了第76页的详图（一），其他情况对于一、二级剪力墙非底部加强区和三、四级剪力墙的水平分布钢筋可否按《高规》在同位置搭接呢？22G101修编在第2-26页的注2给出了要求，见图6。

图6  22G101-1第2-26页注2

22G101-1的第2-19页做法即图3中16G101-1的第71页右上角做法。可以看到，从水平分布钢筋受力角度出发，图集首推错开搭接。

2.3 竖向钢筋的搭接

剪力墙边缘构件内纵向钢筋在地震作用下反复受拉与受压，因此《高规》第7.2.20条规定“暗柱及端柱内纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同”。由此图集给的做法见图8，不允许在同一位置搭接。

图8 剪力墙边缘构件纵向钢筋绑扎搭接

另外，剪力墙为弯曲变形，受力类似悬臂构件，层高范围内没有反弯点，与框架柱受力明显不同，因此剪力墙竖向分布钢筋和边缘构件内纵筋的搭接区域都不受楼层限制，见图7和图8中钢筋的搭接起点”≥0”。

根据工程实际需求，22G101-1修编增加了剪力墙竖向分布钢筋上层钢筋直径大于下层钢筋直径时的连接构造和剪力墙边缘构件纵向钢筋上层钢筋直径大于下层钢筋直径时的连接构造，见图9。

图9 剪力墙上层钢筋直径大于下层钢筋直径时连接构造

3.1 规范规定

《抗规》条文说明：

《高规》第7.2.15条：

《高规》条文说明：

3.2 约束边缘构件利用墙筋替代箍筋的构造做法

图10

3.3 构造边缘构件利用墙筋替代箍筋的构造做法

《高规》条文说明：

《混规》：

由前述剪力墙受力特点可以知道，边缘构件的箍、拉筋和剪力墙的水平分布钢筋各自的功能不同，当构造边缘构件轴压比很小，非计算需求时，满足构造要求的剪力墙水平分布钢筋从受力上说可以替代边缘构件箍筋的作用，但如为计算需求，尤其是在底部加强部位与一般部位的过渡区，由于工程千差万别，还是应视结构受力情况用此做法，因此16G101-1图集第77页增加了非底部加强区的构造边缘构件利用剪力墙水平分布钢筋替代箍筋的构造做法，但是强调了此种做法必须由设计指定。

本次22G101-1修编中，专家组给出意见：构造边缘构件部分利用墙身水平分布钢筋代替箍筋的做法，补充计入的剪力墙水平分布钢筋不应大于边缘构件箍筋总体积（含箍筋、拉筋以及符合构造要求的水平分布钢筋）50%的要求，见图11。

图11  22G101-1第2-26页注1

4.1  施工缝处抗剪用钢筋连接构造

想说一下22G101-1修编过程中，作者关于这个连接构造走的小弯路。作者曾经认为剪力墙水平施工缝处附加竖向插筋的抗剪原理同受剪预埋件中锚筋的受力机理（见图13，钢筋周边混凝土受压，钢筋处于拉弯状态），一度把钢筋施工缝上下长度由“≥l_aE”修改为“≥15d”。

后查阅资料，认识到《高规》第7.2.12条水平缝抗滑移公式的原理是钢筋摩擦抗剪，如图14所示，钢筋穿过混凝土水平缝，剪力V_n作用平行于水平缝，使得水平缝上部块体相对于下部块体有滑动的趋势，主要由沿水平缝处混凝土交界面的摩擦力所抵抗，当钢筋与水平缝正交时，滑动及由此产生的混凝土分离将使钢筋受拉，有试验已经证实，当剪切破坏发生时，妥善锚固的钢筋将达到其屈服强度。

图14 混凝土水平缝抗滑移钢筋受力状态

关于抗滑移钢筋的锚固则在《高规》第7.2.12条及条文说明都做了规定“要有足够的锚固长度”。

《高规》条文说明：

4.2  墙厚大于 400mm 时钢筋的排布

那么墙厚大于400mm的边缘构件纵筋应该如何排放呢? 16G101-1并未给出，14G330-1有如图16纵筋在边缘构件周边的布置，有些工程图纸如图17所示，纵筋在边缘构件内均匀布置。

图16

图17

这两种布置在实际工程中都有，哪种是合理的呢？要回答这个问题，要想一下剪力墙边缘构件的纵筋是如何计算的。《混规》第6.2.19条中偏压剪力墙的正截面受压承载力计算截面如图18所示。

图18 沿截面腹部均匀配筋的I形截面

图18中的As和As’就是边缘构件内的纵筋，边缘构件中所有纵筋是假定位于其中心位置的，因此图16和图17的钢筋排布方式都没有问题。