剪力墙结构设计探析

【摘要】文章分析了短肢剪力墙结构的设计要点及质量控制措施。
　　【关键词】短肢剪力墙；结构；设计
　　
　　随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，即“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”型式。这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与房开商的欢迎。对于12～16层的小高层建筑结构，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。所以短肢剪力墙结构得以普遍应用。短肢剪力墙的受力、变形特征，类似以框剪结构。但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。
　　1 短肢剪力墙结构的概念
　　短肢剪力墙结构的定义：①短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙；②高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；③短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
　　短肢剪力墙结构的必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
　　短肢剪力墙结构的下限：当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～ 40%，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。
　　2 短肢剪力墙结构设计
　　短肢剪力墙结构，其首先应是全剪力墙结构。短肢剪力墙结构中，应有足够的长肢剪力墙。
　　如果把短肢墙看成异形柱，则短肢剪力墙结构可以认为呈框剪结构的变形特征。当结构形式符合短肢剪力墙结构形式后，才能在软件“总信息”参数的结构体系中，定义结构为“短肢剪力墙结构”。
　　当采用壳元模型时，应加细单元的划分。
　　短肢剪力墙结构有时用薄壁杆元（TAT）可能更合适。因短肢墙的模型更符合薄壁杆元模型，采用壳元则有单元划分不细的问题。
　　短肢墙：轴压比（按剪力墙）、刚度（墙输入、采用壳元或薄壁杆元）、配筋（按剪力墙）、构造（按高规的短肢墙构造）。
　　弱短肢剪力墙（截面高厚之比小于5的墙肢）：高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚度之比小于为5的剪力墙；当其小于5时，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。
　　短墙（截面高度之比不大于3的墙肢）：高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定剪力墙的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。
　　抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。
　　3 剪力墙结构的压力取值
　　墙身超厚主要是因为模板就位调整不认真，穿墙螺杆没有全部穿齐、拧紧，模板斜撑加固不到位等造成的；混凝土墙体表面粘结是因模板清理不好，模板剂涂刷不匀、漏刷，以及拆模过早等造成的；漏浆的产生主要是因为模板拼装时缝隙过大，固定措施不牢固，有时也与混凝土坍落度有关；墙体烂根现象近年来有所减少，可能与重视程度有关，原因主要还是模板下口缝堵不严、固定不牢，施工缝处理不好、夹有杂物，浇筑混凝土时未按要求先浇一层10-100mm厚与墙体混凝土同等级的减石砂浆等；门窗洞口混凝土变形的主要原因是侧模板的组装与大模板的固定不牢固，混凝土浇捣时洞口两侧混凝土未做到对称、均匀浇筑、振捣，造成混凝土冲击洞口模板。
　　由以上分析可见，剪力墙混凝土的成型质量很大程度上取决于模板质量。要保证模板的施工质量，首先在施工前应根据混凝土浇筑方式的不同对剪力墙模板体系进行必要的设计计算，然后严格按照设计好的模板方案施工，具体操作上应满足相应规范要求。设计计算时最关键的一点就是关于新浇筑混凝土对剪力墙模板最大侧压力的取值问题，计算时可根据以下两式按较小值取值：
　　①F1=0.22γct0β1β2V1/2
　　②F2=γcH
　　F1，2—所浇筑混凝土对模板的最大侧压力
　　γc—混凝土重力密度取25KN/m3
　　t0—新浇混凝土的初凝时间(h)，可采用t0=200/T+15(T为混凝土的温度)
　　β1—外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2，本方案取1.2
　　β2—混凝土坍落度影响修正系数，≤30mm取0.85，50~90m
　　m取1.0，110~150取1.15
　　V—混凝土浇筑速度
　　然后，根据最大侧压力设计模板支撑体系。只有在保证整个模板体系稳定的前提下，才有可能保证模板质量。
　　要保证模板质量，选材非常重要。有条件的话应优先选用组合钢模板，因其通用性强、装拆方便、周转次数多，特别是其配有齐全的阴阳角模，对常见的剪力墙阴阳角部位漏浆有很好的预防作用，而且还可以加工成整体大模，有助于加快施工进度，是剪力墙配模的上佳之选。
　　采用胶合木模板相对于钢模的周转次数较少，但其一次性投资小，拼装方便灵活，而且不受模数影响，可根据结构尺寸任意锯、拼，受到多数施工单位的青睐。不过，采用胶合木模在拼装剪力墙板时在结构的阴阳角部位因拼缝不严特别容易造成漏浆现象。为保证施工质量，增加模板周转次数，节约成本，模板安装前，应先将模板上的浮浆清理干净，刷好脱模剂（不允许在模板就位后刷脱模剂，防止污染钢筋及混凝土接触面），脱模剂要涂刷均匀，不得漏刷。
　　如何解决木模拼缝不严问题始终是质量控制的难点。实际上这也没有多大的技术难度，关键还是管理的问题。大部分施工单位过分考虑节约成本，因而使用周转次数较多的旧模板，很多模板边角都已破损，板面也不平，甚至起皮残边。还有所用方木扭曲，无法满足使用要求等。这就要求施工单位在施工过程中严格选材，不合格的模板材料坚决不用。另外，工人操作质量直接影响到模板质量。因此，要选用技术熟练、责任心强的工人施工。施工中应加强对模板拼缝、对拉紧固、模板底口封堵、墙身模板斜顶及满堂架拉接、体系加固等关键工序的监督管理力度。有了合格的材料，再加上规范严谨的操作，才能使合理的设计转化为高质量的工程。
　　综上，剪力墙混凝土成型质量差的问题可以从加强模板质量上入手，并注意混凝土浇筑质量，加强上述各影响因素施工环节的控制。