钢筋混凝土抗震墙的设计要求浅析

钢筋混凝土抗震墙的设计要求浅析
北京么金亮
【摘要】随着高层建筑在我国的广泛应用, 钢筋混凝土抗震墙正起着越来越重要的作用。钢筋混凝土抗震墙大行其道的时代已经来临。本文从几个方面进行了分析研究。
关键词：钢筋混凝土抗震墙设计
一、前言
钢筋混凝土抗震墙以其自身具有的大刚度, 使其能够满足大震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在同样的抗震设防烈度和同样的建筑高度下, 剪力墙结构或框架剪力墙结构, 能够比普通框架结构减小截面尺寸, 节省室内较多有用空间, 因而具有较高的经济性与适用性, 在近些年得到了广泛的应用。
二、抗震墙的特点
抗震墙，又称剪力墙或结构墙。在抗震设计中，“剪力墙”、“结构墙”和“抗震墙”的意义完全相同。抗震墙就是用钢筋混凝土浇筑起来的的墙体，一般都是从底到顶，即抗震墙是要落地的（即便不全部落地，也要有足够的抗震墙落地，符合《结构抗震设计规范》）。抗震墙在平面内具有很大的刚度，平面外刚度很小，所以，布置抗震墙时，应该在水平的两个方向（X、Y方向）布置剪力墙，来抵抗中震及其大震来临时结构可能所受的各个方向的水平地震作用。当然了，抗震墙对于水平风荷载一样能够承受抵抗。同时，抗震墙也要承受结构自重以及施加在结构上的恒载和活载（即竖向荷载）。所以，采用抗震墙在多高层建筑中应用广泛，适宜修建高层及超高层建筑和宾馆和住宅建筑。由于抗震墙布置不够灵活，对于需要大开间的建筑，往往显得呆板，所以多高层建筑中，一般与框架结构（框架空间可布置灵活，但水平荷载比如风荷载或者地震作用下，水平位移变形大）共同使用，达到空间布置灵活，位移变形小，抵抗地震荷载作用能力强的效果。
三、抗震墙设计的要求
抗震墙是主要抗侧力构件，合理布置抗震墙是结构具有良好的整体抗震性能的基础。抗震墙的布置除应对称、均匀、连续外，还要注意以下几点。
1、长墙分成墙段
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条1款），将长墙分成长度较均匀的墙段，墙段的高宽比大于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：连接墙段的连梁，89规范为“弱连梁”，2001规范为跨高比不小于6的连梁。目的是设置刚度和承载力比较小的连梁，地震作用下有可能先开裂、屈服，使墙段成为抗震单元，且墙段以弯曲变形为主。
2、避免墙肢长度突变
抗震墙结构和部分框支抗震墙结构的墙肢截面长度，沿高度不宜有突变；抗震墙的洞口比较大时，以及一、二级抗震墙的底部加强部位，不宜有错洞墙。
部分框支抗震墙结构框支层的抗震墙减小，侧向刚度降低，地震中有可能变形集中在框支层，框支层是结构具有良好抗震性能的关键。对于矩形平面的部分框支抗震墙结构，为了避免框支层形成薄弱层或软弱层，2001规范规定（6.1.9条3款）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％。取消了89规范框支层落地墙数量的规定。
框支层的水平地震剪力主要由落地抗震墙承担。作用在与框支层相邻的上一层不落地抗震墙上的水平力，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，落地墙的间距不宜大于14m（6.1.9条3款）。取消了89规范落地墙间距不宜大于四开间的规定；还取消了落地墙之间楼盖长宽比的规定。89规范和2001规范对框支层楼板提出了具体的设计要求。
一部份落地墙宜设置成筒体，以增大抗扭刚度和抗侧刚度。框架－抗震墙结构布置的关键是抗震墙的数量和位置。抗震墙的数量以满足刚度即层间位移限值为宜；位置可以灵活布置，但宜符合以下要求：
沿房屋高度，抗震墙宜连续布置，贯通全高，避免切断，洞口宜上下对齐，避免墙肢截面长度突变；
不宜开大洞口，避免削弱抗震墙的刚度，取消了89规范洞口面积的限制；
洞边距柱端不宜小于300mm，以保证端柱作为边缘构件的作用以及保证约束边缘构件的长度；
两个方向都布置抗震墙，纵横向抗震墙相连，成为有翼缘的抗震墙，不但可以加大刚度，还有利于提高塑性变形能力；
房屋较长时，刚度较大的纵向墙不宜设置在房屋的端开间，以避免温度应力对抗震墙的不利影响；
一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400mm，连梁有比较大的刚度，使墙的整体性较好；
柱中线与墙中线、梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4，以减小地震作用对柱的扭转效应；偏心距超过1/4柱宽时，应采取有效措施，如加强柱的箍筋、采用水平加腋梁等。
3、抗震墙、连梁截面尺寸要求
2001规范与89规范相同，对抗震墙和连梁的截面尺寸有最大剪压比限值的要求，对抗震墙还有最小墙厚的要求，但具体数值与89规范并不完全相同。
2001规范规定，剪跨比大于2的抗震墙和跨高比大于2.5的连梁，其剪压比不应大于0.20；剪跨比不大于2的抗震墙和跨高比不大于2.5的连梁，89规范没有规定剪压比限值， 2001规范规定剪压比不应大于0.15，原因是剪跨比小的墙和连梁，其剪切变形较大，甚至以剪切变形为主，对剪压比的要求应更严。
试验研究表明，墙、梁截面的剪压比超过一定值时，将过早出现斜裂缝，采用增加水平筋和箍筋的方法并不能提高其受剪承载力，很可能在水平筋和箍筋尚未屈服的情况下，混凝土在剪压的共同作用下破碎。
墙、梁若不满足剪压比限值的要求，可以提高混凝土强度等级或加厚墙、梁，或加长墙的截面，但不宜加高连梁。
计算抗震墙墙肢的剪跨比时，弯矩和剪力都取荷载效应组合的计算值；楼层上下端截面的弯矩计算值不同时（反弯点不在层高的1/2处，或反弯点不在本层层高内），取弯矩大的值。
4、抗震墙最小厚度
为防止抗震墙在轴力和地震水平力作用下发生平面外失稳破坏，抗震墙应满足最小厚度的规定。
框架－抗震墙结构底部加强部位的墙厚不应小于200mm且不应小于层高的1/16（89规范无此规定）；其它部位的墙厚（6.5.1条）不应小于160mm且不应小于层高的1/20（与89规范同）；墙的周边应设置梁或暗梁和端柱组成的边框。
其它结构的墙厚（6.4.1条），一、二级不应小于160mm且不应小于层高的1/20；三、四级不应小于140mm且不应小于层高的1/25；一、二级抗震墙底部加强部位的墙厚不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16，无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。2001规范二级抗震墙的厚度比89规范要求高；增加了对四级抗震墙的厚度和一、二级抗震墙底部加强部位墙厚的要求。

四、结束语
随着高层建筑在我国的广泛应用, 钢筋混凝土抗震墙正起着越来越重要的作用。认真地学习它, 很好地认识它对于作好结构设计工作很重要。钢筋混凝土抗震墙大行其道的时代已经来临。针对这种情况, 本文提出了在设计过程中设计人员应该明确的一些基本概念，只有深入了解这些基本概念, 才会使得钢结构稳定设计不断地提高完善。

参考文献:
[ 1] 郭子雄, 吕西林, 王亚勇. 建筑结构在罕遇地震下弹塑性变形验算的讨论. 工程抗震, 1999( 1) : 13-18.
[ 2]王亚勇. 关于地震作用和结构抗震验算的修订动向. 工程抗震, 1999( 2) : 12-13.