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    高層建筑工程中剪力墻加固技術探討

    作者:京邦 發布日期:2018-11-21 點擊: 二維碼分享


    剪力墻設計概述

    剪力墻結構中,墻是一種平面構件,它除承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外,還承擔豎向壓力。即在軸力、彎矩、剪力同時作用的復合狀態下工作,其在受水平力作用時。就似一根底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下,剪力墻除需滿足剛度強度要求外,還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散以及控制結構裂而不倒的要求(即墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞),因此,應注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。實際工程中,剪力墻分為整體墻和聯肢墻。整體墻有一般房屋端的山墻、魚骨式結構片墻及小開洞墻等形式。整體墻受力特征如同豎向懸臂桿件:當剪力墻墻肢較長時,在水平力作用下法向應力呈線性分布,破壞形態似偏心受壓柱,因此,配筋時應盡量將豎向鋼筋布置在墻肢兩端;為防止剪切破壞,提高延性應將底部截面的組合設計內力適當提高或加大配筋率;為避免斜壓破壞,墻肢不能過小也不宜過長,以防止截面應力相差過大。聯肢墻是指由連梁連接起來的剪力墻。但因一般連梁的剛度比墻肢剛度小得多,墻肢單獨作用顯著,連梁中部出現反彎點,設計時要注意墻肢軸壓比限值要求。剪力墻的計算分析,首先是進行水平和豎向作用下的結構整體分析,在求得內力后再按偏壓或偏拉進行正截面承載力以及斜截面受剪承載力驗算。當墻體承受較大集中荷載作用時,應增加對局部受壓承載力的驗算。在剪力墻承載力計算中,對帶翼墻的計算寬度按以下情況取其小值:即剪力墻之間的間距;門窗洞口之間的翼緣寬度;墻肢總高度的1/10;剪力墻厚度加兩側翼墻厚度各6倍的長度,由于建筑功能的要求,在高層混凝土剪力墻結構中經常會在結構內部的底層增設局部框架。這些框架一般都不會成榀,不能形成梁柱抗側力體系;即使局部成榀,也不能有效的抵抗結構的傾覆力矩;同時由于建筑的要求,梁柱中心線也不能重合,形成較大偏心,此時應采取梁的水平加腋等措施,確保節點在地震力反復作用下良好的抗震性能。另外不得將框架梁直接搭在剪力墻的平面外,使墻體承受平面外彎矩,導致受地震力作用時該部位率先破壞。

    墻體最小厚度及配筋量

    鋼筋混凝土墻的厚度由墻體的軸壓比及高厚比決定的,前者是考慮墻的延性要求,后者是考慮墻的平面外穩定性要求,要保證工程質量,使混凝土澆搗密實也是不可忽視的因素,從施工角度看,墻的厚度不能太小,建筑抗震設計規范(GB 50011-2001)規定,三、四級剪力墻的最小厚度為140mm。從有過的6層住宅剪力墻結構實例來看,采用雙層配筋的140mm厚的墻體,鋼筋容易走位,混凝土不易振搗密實。故不宜在整個建筑中大面積采用,對某些沒有門窗洞口的短墻段,作為個別情況尚可考慮;如采用單排配筋,施工無困難。但由于單排配筋不利于承受平面外的彎距,不利于混凝土的抗裂,故不宜采用于承重墻體。多層剪力墻結構中采用雙層配筋的墻體,最小厚度不應小于160mm,高層剪力結構中,墻體最小厚度不宜小于180mm。在墻體配筋方面,多層和高層住宅剪力墻結構按計算多為構造配筋,理論上講滿足規范規定的最小含鋼率要求是可以的,這也是住宅開發商向設計單位提出降低用鋼量的根據,此問題涉及到結構安全度的考慮,如從結構的抗震能力、結構的耐久性,從長期的經濟效益看,過多的追求降低用鋼量指標,在技術經濟綜合比較中并非合理。

    柱的加固和剪力墻的加固

    經結構承載力驗算,發現柱的軸壓比不滿足要求,需進行加固處理。柱采用從內到外包裹1層豎向碳纖維布和1層環向碳纖維布的方式進行加固。高度范圍為底層地面到2層樓面梁底部。采用碳纖維片材纏繞加固混凝土柱可以約束混凝土的變形,從而提高混凝土的抗壓強度,降低軸壓比。柱的抗震加固必須采用封閉式粘貼并有可靠連接,當環向碳纖維布遇墻不能貫通時,應在墻上搭接200mm以上,并設置寬200mm的壓條。剪力墻的加固:剪力墻采用在墻端暗柱粘貼環向碳纖維布的方式增加剪力墻的抗壓承載力,采用在剪力墻兩側粘壓條貼豎向、水平和斜向交叉碳纖維布的方式增加墻體抗剪承載力。高度范圍為底層地面到2層樓面樓板底部??v向、水平和斜向交叉碳纖維布的寬度均為200mm。

    混凝土的養護

    國外由于開發了減少混凝土收縮的外加劑,所以其泵送流態混凝土的收縮變形能得到有效控制。但國內卻缺乏類似的外加劑,雖然通過添加UEA等微膨脹劑,可從某種程度上減少混凝土的收縮變形,但由于UEA等的膨脹率指標是在水養14d的情況下獲得的,如果養護條件跟不上,其膨脹率會明顯降低。實際工程中時常發生添加微膨脹劑后不但對防裂無效,反而使開裂更為嚴重,并產生后期強度倒縮等情況。如果按控制混凝土的收縮變形值為指標進行換算,則泵送流態混凝土的養護要求要相當于大體積混凝土的養護條件。但實際上對大體積混凝土一般都要嚴格按規范規定的要求進行特殊養護,以控制混凝土的內外溫差和收縮變形值,但對泵送流態混凝土的養護,通常仍采用過去自拌混凝土及預制混凝土的養護要求。這是目前設計和施工人員容易忽視的一個關鍵因素。

    大底盤結構中高層建筑部分的嵌固部位

    按照現行規范規定當地下室結構的樓層側向剛度不小于相鄰上部樓層側向剛度的2倍時,可將地下室一層頂板位置作為上部結構的嵌固部位。一般的帶有地下室的普通高層建筑均能滿足上下側向剛度比的要求。但是對于地下一層是大面積的停車庫的高層建筑結構,雖然在進行計算的過程中因為計算公式的限制可以滿足上下側向剛度比的要求,但如果就此在設計中將地下室頂板作為了上部結構的嵌固部位,對于框架結構,由于本身上部框架的剛度就較小,按照嵌固部位設計的地下室頂板在地震過程中也可以起到相應的嵌固作用;而對于高層部分是混凝土剪力墻的結構,由于混凝土墻本身的剛度很大。地下室部分的墻體又由于使用上的要求往往要開設較大的洞口,致使地下室有效墻體的數量減少,同時車庫部分柱間距比較大,這都將導致高層建筑部分在地下室的局部剛度降低,使高層建筑不再滿足剛度比的要求。故而地下室頂板對高層剪力墻結構的側向變形約束降低,使地下一層頂板不能起到嵌固的作用,這種情況下上部結構的嵌固部位就應設在基礎頂面,另外由于地下一層有地下車庫的存在,往往地下車庫頂板上會有較厚的覆土,將使結構在此標高處出現樓板錯層。因此對于高層結構的地下一層的墻體也應當有所加強,以保證地震作用下水平力的有效傳遞。

    剪力墻的延性破壞

    剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況。一種是連梁不屈服,墻肢首先發生彎曲破壞,這種墻在破壞時的極限變形較小。因此,對有抗震設防要求的建筑來說,它雖然是一種延性破壞,但吸收地震能量的能力是較低的。設計中應避免這種情況的發生。延性破壞的第二種是連梁先屈服,最后是墻肢的屈服。當連梁有足夠的延性時,它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時,通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力,對墻肢起到一定的約束作用,使聯肢墻保持足夠的剛度和強度。這是設計時應首先考慮做到的。為了保證聯肢墻的延性要求,對連梁的延性要求是非常高的。因此,在設計高層建筑剪力墻時,必須十分注意保證連梁的延性要求。


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