5.1.1 本章规定的剪力墙结构适用于以下结构形式(框支剪力墙结构详第7章):
1 内、外墙均为现浇混凝土墙;
2 纵、横内墙均为现浇混凝土墙,纵向外墙为框架的多层剪力墙结构;
3 带有短肢剪力墙或具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构,“短肢剪力墙”及“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”等的定义及应用范围详5.1.14条。
5.1.2 本措施将剪力墙结构按高度或层数分为多层剪力墙结构和高层剪力墙结构。
1 本章设计规定适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6~9度、表5.1.2范围内的丙类和乙类一般剪力墙结构和丙类具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
2 本章中关于多层剪力墙结构设计要点仅适用于9层及9层以下且高度不超过28m的住宅建筑和高度不超过24m的其他丙类、乙类民用建筑剪力墙结构。
表5.1.2 剪力墙结构适用的房屋最大高度
注:1 房屋高度H是指室外地面到主要屋面板顶的高度(不包括局部突出屋顶的电梯机房、水箱、构架等高度);
2 平面和竖向均不规则的高层剪力墙结构,其最大适用高度H宜适当降低;
3 乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定其适用的最大高度。
说明:剪力墙结构因其抗震性能较好加上房间内无梁、无柱,深受用户和建筑师的欢迎,这种结构体系不仅在高层建筑中广泛应用,在多层建筑中尤其是量大面广的多层住宅建筑中也有广泛的应用。
按照《民用建筑设计通则》GB 50362-2005的规定,将10层及10层以上或高度超过28m的住宅划分为高层建筑,《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010对多层剪力墙结构的抗震设计要求与高层剪力墙结构有了区分,《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010将适用范围规定在10层及10层以上或高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑,因此,本措施将10层或高度28m(住宅建筑)和24m(其他民用建筑)作为多、高层抗震等级的高度分界,并提出一些针对多层剪力墙结构的设计建议。
5.1.3 A级高度和B级高度高层剪力墙结构抗震等级应按表5.1.3-1和表5.1.3-2确定;
表5.1.3-1 A级高度高层剪力墙结构抗震等级
注:1 表中括号内抗震等级仅用于按其采用抗震构造措施,抗震措施中的其它要求(如按概念设计要求的内力调整系数等)仍需按无括号的抗震等级采用;当表栏内无括号时,表示抗震构造措施与其他措施的抗震等级
相同。
2 当建筑场地为Ⅰ类时,应允许按表中括号内抗震等级采取抗震构造措施;当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,宜按表中括号内抗震等级采取抗震构造措施;表中抗震等级一*、二*、三*级,应分别比一、二、三级抗震等级采取更有效的抗震构造措施。
3 当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0.15g的地区,总高度大于100m的丙类建筑宜按一级抗震等级采取抗震措施。
表5.1.3-2 B级高度高层剪力墙结构抗震等级
注:1 对设计基本地震加速度为0.15g的地区,当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类且建筑总高度大于130m时,丙类建筑宜比一级抗震等级采取更有效的抗震构造措施,乙类建筑宜按特一级抗震等级采取抗震措施。
2 B级高度建筑中不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构;其他注同表5.1.3-1的注1和注2。
5.1.4 多层剪力墙结构可按表5.1.4确定抗震等级。
表5.1.4 多层剪力墙结构抗震等级
注:同表5.1.3-1的注1和注2。
说明:对于Ⅰ类场地,允许比Ⅱ类场地降低抗震构造措施,但应注意抗震构造措施不等同于抗震措施。对于Ⅰ类场地,仅降低抗震构造措施,不降低抗震措施中的其他要求,如按概念设计要求的内力调整系数则不应降低。
5.1.5 抗震措施包括抗震构造措施和其他抗震措施两部分:
1 抗震构造措施指规范中除计算以外对各部分采取的各种细部抗震要求,应按相应抗震等级满足5.3节要求,如最小墙厚、分布筋最小配筋率、轴压比限值、剪力墙的边缘构件等构造要求。
2 其他抗震措施指从抗震概念设计出发,对各类剪力墙结构提出的除抗震构造措施之外的抗震设计要求,应按相应抗震等级满足5.2节计算要求,即计算中对各类构件内力进行相应调整,如满足强剪弱弯要求进行的内力调整,塑性铰出现在规定的部位等要求。
5.1.6 多层剪力墙结构内、外墙均为现浇混凝土墙时,墙的数量不必很多,多层剪力墙结构侧向刚度不宜过大。
5.1.7 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁。一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙,一、二、三级剪力墙所有部位均不宜采用叠合错洞墙。当采用错洞墙和叠合错洞墙时,应按有限元方法仔细计算分析,并在洞口周边采取加强措施,或将叠合洞口转化为规则洞口。
5.1.8 较长的剪力墙宜开设洞口,将其分为抗侧刚度较为均匀的若干墙段,墙段之间宜采用对墙产生约束弯矩较小的弱连梁连接,弱连梁的跨高比宜大于6,每个墙段的总高度与其墙段长度之比不宜小于3。每个墙段宜设计成有连梁连接的双肢墙或多肢墙,以保证剪力墙的延性,一、二级剪力墙的洞口连梁,跨高比不宜大于5,且梁截面高度不宜小于400mm;实体墙或小开口的墙段,其墙段长度不宜大于8m。
图5.1.8 剪力墙墙段划分示意图
说明:剪力墙是截面高度大而厚度相对很小的片状构件,具有平面内承载力大、刚度大等优点,但也有剪切变形相对较大,平面外较薄弱,易发生脆性剪切破坏的缺点。剪力墙的破坏形态可以归纳为弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏几种形态,弯曲破坏具有较好延性,剪切破坏是脆性破坏,对结构安全不利,应采取措施尽量避免。
影响剪力墙破坏形态的主要因素是剪跨比M/(Vhw),剪跨比表示截面上弯矩与剪力的相对大小,剪跨比的大小与剪力墙的高宽比H/hw有一定的对应关系。
悬臂剪力墙试验表明:当M/(Vhw)≥2(相当于高宽比H/hw≥2~3)时,剪力墙一般发生弯曲破坏;当1<M/(Vhw)<2(相当于高宽比1<H/hw<2)时,容易发生出现剪切斜裂缝的破坏,若设计措施得当,能按强剪弱弯合理设计,可能实现延性尚好的弯剪破坏;当M/(Vhw)≤1(相当于H/hw≤1)时属于矮墙,一般都是剪切破坏。
剪力墙结构设计时,宜将墙肢设计成延性较好的以弯曲变形为主的墙肢,即剪跨比( )大于等于2的墙肢。因此在本条中提出对较长的剪力墙宜开设洞口,将其分为抗侧刚度较为均匀的若干墙段,墙段之间宜采用弱连梁连接,每个独立墙段的总高度H与其总长度之比不宜小于3,其目的就是为了避免和减少剪力墙的剪切破坏。
对于各层层高、刚度基本相同的悬臂剪力墙,近似用底部剪力法分析其底层的弯矩与剪力,从而得出剪力墙高宽比与剪跨比的近似对应关系如表5.1.8。
表5.1.8 剪力墙高宽比与剪跨比的对应关系
可见对于悬臂剪力墙,当M/(Vhw)=2时,H/hw≈2~3,H/hw随层数增加而增加,因此,由实体墙、整体小开口墙或联肢墙形成的每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不宜小于3。
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第7.1.2条提出每个墙段不宜大于8m,因为当墙段很长时,易发生脆性破坏。此外,受弯后产生的裂缝宽度会较大,墙体配筋容易拉断,因此其长度不宜过大。
5.1.9 对于跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计,其抗震等级与其所连接的剪力墙的抗震等级相同,计算时其刚度不宜按连梁进行折减。
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第7.1.2条提出每个墙段不宜大于8m,首先是为了避免和减小剪力墙的剪切破坏。此外,当墙段很长时,受弯后产生的裂缝宽度会较大,墙体配筋容易拉断,因此其长度不宜过大。
5.1.10 剪力墙底部加强部位的高度均应自地下室顶板算起并应符合下列规定。当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下楼层板或基础顶时,剪力墙底部加强部位宜向下延伸到计算嵌固端。
1 一般高层剪力墙结构的剪力墙,其底部加强部位的高度,可取地下室顶板以上墙体总高度的1/10和首、二层总高度二者的较大者。
2 一般多层剪力墙结构的剪力墙,其底部加强部位的高度可取至首层顶。
说明:为了避免剪力墙的脆性破坏,控制墙肢塑性铰产生的部位,改善整个结构的抗震性能,应设置剪力墙底部加强部位,其高度均应自地下室顶板算起;对于有地下室的剪力墙结构,当计算嵌固端不在地下一层顶板时,尚应将剪力墙底部加强部位向下延伸。
对于多层剪力墙结构,其高度较低、层数较少,如果沿用高层剪力墙结构关于剪力墙底部加强部位的高度不低于地上二层顶板的规定,势必造成剪力墙底部加强部位的高度相对偏大,因此本条明确规定,一般多层剪力墙结构的剪力墙,其底部加强部位的高度可取至首层顶。
5.1.11 较大跨度的楼、屋面梁不宜支承在剪力墙连梁上,不可避免时应采取可靠措施,保证较大地震时该连梁不发生剪切破坏,如在连梁内设置型钢或采取有效的配筋构造做法等。
5.1.12 剪力墙支承与其平面外相交、荷载较大、跨度不小于5m或梁端高度大于2倍墙厚度的大梁时,宜设置扶壁柱或暗柱承受梁端弯矩,暗柱宽度可取梁宽加2倍墙厚,并设箍筋,也可按宽度为梁宽加2倍墙厚对应的暗柱刚度计算梁端所受弯矩。
当单面有大跨梁与剪力墙中暗柱连接时,可对梁端弯矩进行调幅,但梁端顶部和底部纵向钢筋配筋率不应少于最小配筋率;当梁端负弯矩调幅系数小于0.5时,宜按假定梁端与暗柱铰接计算的梁弯矩图核算梁其他部位截面受弯承载力;考虑对梁端弯矩进行调幅设计时,暗柱受弯承载力尚不宜小于梁端截面受弯承载力的1.1倍。在剪力墙支座处大梁纵向钢筋宜采用直径较小的钢筋以便于满足钢筋锚固要求,当锚固长度不足时也可按有关规范要求在钢筋末端采用机械锚固或设置锚头以减小锚固长度。
说明:当现浇剪力墙或窗间墙作为跨度大于5m的梁的支座时,在地震作用下剪力墙上可能出现竖向裂缝,如果弯矩较大,而剪力墙平面外刚度和承载力不足,也会出现平面外的破坏,而且目前有些计算软件未给出剪力墙平面外的内力和配筋,容易产生安全隐患,设计人应给予充分的注意。
当单面有大跨梁与剪力墙中暗柱连接时,为避免梁端弯矩过大造成暗柱破坏,在尽量减少梁顶部和底部裂缝对正常使用影响的前提下,可对梁端弯矩进行较大调幅,但梁端顶部和底部纵向钢筋配筋率不应少于最小配筋率。考虑对梁端弯矩进行调幅设计时暗柱受弯承载力不应小于梁端截面受弯承载力的1.1倍,暗柱尚应满足正常使用极限状态下的要求。
5.1.13 抗震设防烈度为9度的剪力墙结构和B级高度的高层剪力墙结构不应在外墙开设角窗。抗震设防烈度为7度和8度时,高层剪力墙结构不宜在外墙角部开设角窗,必须设置时应加强其抗震措施,如:
1 抗震计算时应考虑扭转耦联影响;
2 角窗两侧墙肢厚度不宜小于250mm;
3 宜提高角窗两侧墙肢的抗震等级,并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求;
4 角窗两侧的墙肢应沿全高均按5.3.16条的要求设置约束边缘构件;
5 转角窗房间的楼板宜适当加厚,配筋适当加强,转角窗两侧墙肢间的楼板宜设暗梁;
6 加强角窗窗台挑梁的配筋与构造。
说明:建筑物的四角是保证结构整体性的重要部位,在地震作用下,建筑物发生平动、扭转和弯曲变形,位于建筑物四角的结构构件受力较为复杂,其安全性又直接影响建筑物角部甚至整体建筑的抗倒塌能力。但是,近年来,在城市住宅和办公楼建筑中,为了取得最佳景观,不惜在建筑的四角开角窗,这种做法削弱了结构的整体性。在国内外的每一次地震中,包括汶川地震中,都发生了建筑四角的破坏和倒塌。因此,提出了本条加强措施。
5.1.14 短肢剪力墙和具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构
1 短肢剪力墙是指墙厚不大于300mm,并且各肢墙截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙;但当截面高度与厚度之比大于4但不大于8的墙肢两端均与较强的连梁(连梁净跨与连梁截面高度之比Lb/hb≤2.5,且连梁高度hb≥400mm)相连时,可不作为“短肢剪力墙”。
2 具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的定义是,必须设置筒体或一般剪力墙,由短肢剪力墙与一般剪力墙共同抵抗水平力,在规定的水平力作用下,短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%但不宜大于50%的剪力墙结构。
3 具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的房屋适用高度应比一般剪力墙结构的最大适用高度适当降低,应满足表5.1.2的要求。B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑,不宜布置短肢剪力墙,不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
4 具有短肢剪力墙较多的剪力墙结构中,一般剪力墙或筒体宜均匀分布,并满足框剪结构中剪力墙间距的要求。
5 剪力墙结构中的短肢剪力墙尚应满足5.2.2条与5.3.2条中对短肢剪力墙的内力调整和轴压比限值要求。
6 不宜在一字形短肢剪力墙上布置平面外与其相交的跨度较大的单侧楼面梁。高层建筑中承受较大竖向荷载的墙肢不宜采用一字形短肢剪力墙。
说明:目前设计人员对短肢剪力墙的定义和具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的定义的理解存在较大差异。本措施认为,当短肢剪力墙的两端与较强的连梁(Lb/hb≤2.5)相连时,应属于延性和抗震性能较好的联肢墙;当墙厚较厚(>300mm)也有较好的抗震性能,均不属于短肢剪力墙;带较长翼缘(其截面高度与厚度之比大于8)的短肢墙比一字形短肢墙的抗震性能好,也可不计入短肢剪力墙范围。为了便于操作,本条明确当在规定的水平力作用下由短肢剪力墙底部承受的倾覆力矩不小于总倾覆力矩的30%,才属于本章所定义的“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”
剪力墙结构中允许采用短肢剪力墙较多的结构,但应认识到具有较多短肢剪力墙的结构的特点是短肢剪力墙不仅要承担较大的水平力,它还要承担建筑物的大部分竖向荷载,有的工程达到80%以上。具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构往往主要是由短肢剪力墙与跨度较大的楼板或梁(弱连梁)形成的结构,其结构体系类似于抗震性能较差的弱框架结构或异形柱框架结构,特别是较大面积连续布置短肢墙,将对进入弹塑性阶段后继续抵抗地震作用和承受竖向荷载造成危险,因此短肢剪力墙必须与一般剪力墙或剪力墙筒体共同使用,以增加抗震防线,抗震设计时,在规定的水平力作用下,短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%,同时这类结构的适用高度必须降低。本措施按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010的精神对具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构提出更严的承载力和延性的设计要求。
表5.1.14列出了8度区(0.2g)具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构与一般高层剪力墙结构(丙类建筑、Ⅱ类场地)在设计要求上的区别。
表5.1.14 A级高度时8度区(0.2g)具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构与一般剪力墙结构设计要求比较