7.4 高层房屋配筋砌块剪力墙及钢筋混凝土框支砌块剪力墙房屋

7.4.1 结构布置
    1 平面布置要求：
        1)在高层建筑的一个独立单元，其平面宜简单、规则、对称，减少偏心，否则要考虑其不利影响；
        2)平面长度不宜过长，突出部分长度宜减小，凹角处宜采取加强措施。
        3)剪力墙的布置要求：
            (1)单片剪力墙的长度不宜过大，每一肢剪力墙的长度不宜大于8m；
            (2)同一轴线上的剪力墙过长时，应采用楼板(不设过梁)或细弱的连梁分成若干个墙段，每一个墙段相当于一个独立的剪力墙，墙段的高宽比不小于2；
            (3)在内力计算时，可不考虑墙段之间或弱连梁的作用，即每一墙段作为一片独立的剪力墙计算；
            (4)剪力墙结构的合理刚度可根据结构的基本周期控制在层数的4～5％，相应的底部剪力控制在建筑总重量的3～6％。当周期过短，地震作用过大时，宜对结构的刚度进行调整，如增大剪力墙的间距、降低连梁高度、增大门窗洞口宽度，把较长墙肢开洞或分为两个墙肢等。
    2 竖向布置要求：
        1)剪力墙应在整个建筑物的竖向延续，上应到顶，下要到底，中间楼层也不要中断，使其竖向体型力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，竖向结构的侧向刚度宜均匀；
        2)顶层取消部分剪力墙而设置大房间时，其余的剪力墙应在构造上予以加强；
        3)底部取消部分剪力墙时，应设置转换层，转换层的处理尚符合本条3的规定；
        4)剪力墙的洞口宜上下对齐，成列布置，使其形成明确的墙肢和连梁；
        5)剪力墙相邻洞口之间以及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢，其间距不宜小于800mm；
        6)为避免配筋砌块剪力墙的刚度突变，应考虑下列两种情况：
            (1)当需要在混凝土墙上砌筑混凝土砌块墙时，两种墙体的厚度与材料强度等级宜相同；
            (2)对均为190mm厚砌块墙体的情况下(本规范目前的高度适用范围基于190mm厚墙体)，砌体的强度和灌孔率宜均匀连续变化。
    3 底部大空间剪力墙的结构布置要求：
        1)底部大空间剪力墙的结构，其转换层及以下的结构宜采用钢筋混凝土结构；
        2)为保证大空间有充分的刚度，防止沿竖向的刚度突变，大空间应设置落地剪力墙或落地筒体，并宜成组布置。对长矩形平面，横向剪力墙较多时，落地剪力墙的数目与横向剪力墙的总数量之比，在非抗震设防时不宜少于30％，抗震设防时不宜少于50％。刚度比的控制应按下列规定：
            (1)当底部大空间为一层时，对一般平面，可采用上下层的等效剪切刚度比r控制：r宜接近1，在非抗震设计时，不应大于3，在抗震设计时，不应大于2；
            (2)当底部大空间大于一层时，其转换层上下结构等效侧向刚度比r_e宜接近1，非抗震设计时r_e不应大于2，抗震设防时不应大于1.3；
            (3)当转换层设置在三层及三层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻楼层侧向刚度的60％。结构的等效剪切刚度比r及等效侧向刚度比r_e应按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010附录E的规定计算。
        3)落地混凝土剪力墙和转换层以上混凝土砌块墙的开洞要求：
            (1)落地混凝土剪力墙尽量不开洞、开小洞，如需开洞宜布置在剪力墙的中部；
            (2)框支墙梁上部一层的配筋砌块墙体与下部的混凝土梁或厚板整体工作很重要，可组成组合受力构件——墙梁结构。为有效地通过墙梁将荷载传递到下部楼层，该层墙体不宜设置靠边的门洞，且不得在中柱上方开设门洞，洞口位置应符合本措施第5.9.3条的规定。
7.4.2 内力及位移计算要点
    1 高层配筋砌块建筑应进行重力荷载、风荷载或地震作用下的内力分析，荷载效应和地震作用效应组合应按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第4章的有关规定。
    2 高层配筋砌块剪力墙房屋的内力和位移，按弹性方法计算，即结构或构件的刚度不折减。
    3 高层配筋砌块剪力墙结构的自振基本周期可采用下列方法确定：
        1)当房屋的重量和刚度沿高度分布比较均匀时，其自振基本周期T₁可按下式计算：
        （7.4.2-1）

式中 U_T——结构单元顶点的假想位移(m)，即假想把集中在各楼层的重力荷载G_i视作水平荷载，计算得到的结构顶点的侧向位移。
    采用计算机计算结构自振周期时，应考虑非承重隔墙对结构自振周期的影响。在结构位移计算时可不考虑非承重隔墙的影响。
        2)初步设计时结构的自振基本周期可根据剪力墙数量多少和填充墙情况，按下列公式估算：
            (1)抗震墙间距较密(3m左右)时

T₁＝0.055n(s)      (7.4.2-2)

            (2)抗震墙间距较疏(6m左右)时，应采用下列公式中较小者

T₁＝0.065n(s)      (7.4.2-3)
或                        （7.4.2-4）

式中 n——结构层数；
     H——结构自室外地坪至建筑物檐口的高度(m)。
    4 高层配筋砌块剪力墙结构可按下列规定进行内力和位移计算：
        1)当高度不超过40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可按底部剪力法进行地震作用简化计算。其它情况宜采用振型分解反应谱法计算。高层配筋砌块结构可不作竖向地震作用验算；
        2)高层配筋砌块剪力墙结构用简化方法进行内力和位移计算时，可将高层建筑结构两个正交主轴划分为若干个平面抗侧力结构，每一个方向上的水平荷载和水平地震作用，由该方向上的平面抗侧力结构承受，垂直水平荷载和水平地震作用方向的抗侧力结构不参加工作，由楼板位移保持直线分布的条件进行水平力分配；在不考虑扭转影响时，由同一楼层水平位移相等的条件进行水平力分配。当抗侧力结构与主轴斜交，应考虑抗侧力结构在两个主轴方向各自的功能；
        3)用计算机进行内力与位移分析时，布置较为规则时，可采用平面抗侧力结构的空间协同工作分析方法；布置不规则或体型较复杂时，可采用各种空间分析方法；
        4)简化计算时，水平力可按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进行单片剪力墙的计算。剪力墙的等效刚度可按下列规定计算：
            (1)可考虑纵横墙的共同工作。纵墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可作为纵横的有效翼缘。每一侧有效翼缘的宽度可取翼墙厚度的6倍，墙间距的一半和总高度的1/20中的最小者，且不大于至洞口边缘的距离；
            (2)在双十字形和井字形平面的建筑中，核心墙各墙段轴线错开距离a不大于实体连接墙厚度的8倍，并且不大于2.4m，整片墙可以作为整体平面剪力墙考虑；计算所得的内力应乘以增大系数1.2，等效刚度应乘以折减系数0.8(图7.4.2-1)；

图7.4.2-1 轴线错开的墙段

            (3)当剪力墙孔洞面积与墙面面积之比不大于0.16，且孔洞净距及孔洞至墙边距离大于孔洞长边尺寸时，可按实体墙片计算；
            (4)当剪力墙由成列洞口划分为若干个比较均匀的墙肢，且由弱连梁或构造连梁(h_b≤400mm)连接时，可不考虑连梁的刚度，而按单片墙计算；
            (5)当剪力墙开洞较多的外墙符合按壁式框架要求的墙柱比例时，可按壁式框架计算；
            (6)按实体墙计算的剪力墙的等效刚度可按下式计算：

        （7.4.2-5）
        （7.4.2-6）

式中 E_gI_eg——配筋砌块剪力墙的等效刚度；
     E_g——砌体的弹性模量；
     I_w——按实体剪力墙计算的截面惯性矩；
     I_i——单片剪力墙的惯性矩；
     H——剪力墙的总高度；
     h_i——相应各墙段的高度，一般可取层高。
            (7)按壁式框架计算时，带刚域构件的等效刚度可按下列规定计算：
            a 刚域的长度可按下式计算(图7.4.2-2～3)：

l_b1＝a₁－0.5h_b
                 l_b2＝a₂－0.5h_b      (7.4.2-7)
l_c1＝c₁－0.5b_c
l_c2＝c₂－0.5b_c

图7.4.2-2 刚域

图7.4.2-3 带刚域杆件

            当计算的刚域长度小于零时，可不考虑刚域的影响。
            b 带刚域杆件的等效刚度可按下式计算：

        (7.4.2-8)

式中 EI₀——杆件中段截面刚度；
     η_v——考虑剪切变形的刚度折减系数，按表7.4.2-1取用；
     l₀——杆件中段的长度；
     h_b——杆件中段截面高度。
            c 壁式框架带刚域杆件变为等效等截面杆件后，可采用D值法进行简化计算。

表7.4.2-1 η_v值

    5 剪力墙结构的内力可按下列规定计算：
        1)当结构单元内只有实体剪力墙时，其总刚度EI_w为m道墙体的等效刚度之和，沿高度分布的水平荷载和地震作用下，求出各楼层的剪力V_i、弯矩M_i并分配到各道墙体中，并应考虑附加轴力的影响；

        (7.4.2-9)
        (7.4.2-10)
        (7.4.2-11)
        (7.4.2-12)

式中 EI_eqj——为j道墙的等效刚度；
     A_jx_j——墙片j的截面面积及其至组合截面转动中心的距离。
        2)当结构单元内既有实体剪力墙和大开洞的壁式框架时，可分别求出剪力墙的总刚度EI_w和壁式框架的总刚度C_f，按框墙结构中协同工作计算出在水平力或地震作用下的结构位移和这两类构件的各自总内力值，并分配至各自的墙体中。
    6 剪力墙结构的位移可按下列规定计算：
        1)在砌体规范规定的高度范围内，当房屋剪力墙布置的较均匀、间距不大于6m，且高宽比≤4时，结构可不作变形验算；
        2)当超出上列范围，需要校核结构的顶点位移时，可按下列公式计算：

        (7.4.2-13)

                式中        A——截面总面积，                                                                                       (7.4.2-14)
                              ——系数，当为实体时，取=1.0，按小开口计算时，取=1.2。

    7 框支剪力墙结构的内力和位移计算可按下列规定：
        1)风荷载和地震作用下的内力和位移计算，可按一般剪力墙结构的计算原则进行；
        2)采用简化计算方法时，转换层以上各楼层水平剪力可近似地按各片剪力墙的等效刚度比例进行分配。计算等效刚度时，剪力墙的弯曲刚度可考虑翼缘的作用；
        3)框支层的落地剪力墙或筒体承受全部楼层剪力，落地剪力墙或筒体之间按各自等效刚度比例分配剪力。框支柱承担的剪力按下列规定采用：
            (1)框支柱的数目不大于10根时，每根柱所承担的剪力至少取楼层剪力的2％；
            (2)框支柱的数目多于10根时，柱子承担的剪力之和至少取楼层剪力的20％。
        4)采用计算机进行计算时，可先将剪力墙结构采用平面结构空间协同工作程序或空间三维分析程序计算，求得各片剪力墙的外力，然后用有限元或图表方法进行各榀框支墙的内力分析。框支柱承担的剪力应按上述3)的规定调整；
        5)框支剪力墙的托梁(即框支梁)与上方的墙体共同工作，其应力分布宜采用平面有限单元方法或其它有效方法进行计算，也可采用《砌体结构设计规范》GB 50003-2011中墙梁的计算方法。框支梁的截面承载力计算，跨中应按偏心受拉构件考虑，支座应按受弯构件考虑。
    8 高层混凝土框架-配筋砌体剪力墙结构的结构布置及内力分析可采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构相同的方法。
7.4.3 高层建筑结构的稳定、倾覆验算及水平位移限值
    1 在《砌体结构设计规范》GB 50003-2011规定的高度范围内，且高宽比≤5时，可不进行结构的整体稳定验算；当超出上列范围时可按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第5.4.4条的规定验算，但应采用砌体的弹性模量。
    2 在《砌体结构设计规范》GB 50003-2011规定的高度范围内，且高宽比≤5时，一般可不作整体结构的抗倾覆验算；当超出上述范围，宜对该结构进行抗倾覆验算。结构抗倾覆计算时，应按风荷载或地震作用计算倾覆力矩设计值。计算稳定力矩时，楼层活荷载取50％，恒载取90％。抵抗倾覆的力矩不应小于倾覆力矩设计值。
    3 高层砌块结构水平位移限值，在风荷载和地震作用下结构的层间位移角分别不宜大于1/1100和1/1000。
7.4.4 配筋砌块砌体构件抗震承载力计算要点
    1 配筋砌块砌体构件的承载力除应按本措施第6.2节的要求计算外，尚应按本条的规定进行抗震承载力验算。
    2 考虑地震作用组合的配筋砌块砌体偏心受压、偏心受拉以及受弯构件，其抗震承载力应按本措施第6.2节的规定计算，但其抗力应除以承载力抗震调整系数0.85。
    3 配筋砌块剪力墙应按《砌体结构设计规范》GB 50003-2011第10.5.2条的规定，按结构的抗震等级，对底部加强区(H/6及不小于2层)范围的剪力墙的剪力计算值进行调整。
    4 剪力墙、剪力墙连梁的抗震承载力应按《砌体结构设计规范》GB 50003-2011第10.5.3、10.5.5、10.5.7、10.5.8条的规定进行验算。
    5 配筋砌块剪力墙房屋中的钢筋混凝土结构构件(底部框架、剪力墙等)的抗震承载力应按《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ 3-2010的有关规定。
7.4.5 配筋砌块砌体结构构件的构造要求
    1 配筋砌块砌体结构构件除应符合本措施第6章的规定外，尚应满足本条的规定。
    2 剪力墙的层高应符合下列规定：
        1)局部加强部位，一、二级不应大于3.2m，三、四级不应大于3.9m；
        2)其他部位，一、二级不应大于3.9m，三、四级不应大于4.8m。
    3 剪力墙中应配置足够的抗裂和结构延性发挥需要的构造钢筋，并应符合表7.4.5-1的规定，剪力墙房屋加强区的高度不应小于房屋高度的1/6，且不应小于两层的高度。房屋高度小于21m时取一层。

表7.4.5-1 剪力墙水平和竖向分布钢筋的配筋构造

    注：1 水平分布筋宜双排布置，钢筋直径不应小  6，水平间距不应大于400mm，在顶层和局部加强部位，水平分布钢筋的最大间距不应大于400mm；斜线右侧数字为竖向分布筋。
        2 竖向钢筋应采用单排布置，在顶层和底部加强部位，最大间距应适当减小，9度时的配筋率应不小于0.2％。

    4 配筋砌块剪力墙的边缘构件除应符合本措施第6.3.3条的规定外，尚应符合下列要求：
        1)在底部加强区范围和轴压比大于0.4的其他部位的墙体(肢)应设置边缘构件，其构造配筋应符合表7.4.5-2的规定；

表7.4.5-2 剪力墙边缘构件的构造配筋

    注：1 边缘构件水平箍筋应采用横筋为双筋的搭接点焊网片形式；
        2 当抗震等级为二、三级时，边缘构件箍筋应采用HRB400级或RRB400级钢筋；
        3 表括号中数字为边缘构件采用混凝土边框柱时的配筋。
        2)当在砌块剪力墙的端部约束区内用混凝土暗柱代替灌孔芯柱约束配筋时，其构造应按下列规定：
            (1)暗柱截面宽度不应小于墙厚，截面长度宜为1～2倍墙厚，也不应小于200mm；
            (2)暗柱混凝土强度等级不宜低于砌块强度等级的2倍，或该墙砌体灌孔混凝土的强度等级，也不应低于Cb20；
            (3)墙体中的水平钢筋应在暗柱中锚固，并应满足钢筋的锚固要求；
            (4)暗柱应与砌块墙体同时浇注灌孔混凝土。
        3)边缘构件示于图7.4.5-1中。

图7.4.5-1 边缘构件

    5 剪力墙墙肢宜按下列要求处理：
        1)单肢剪力墙和由弱连梁连接的剪力墙，在重力荷载作用下的轴压比不宜大于0.5；
        2)小墙肢的长度不宜小于800mm，其轴压比，一级抗震时不宜大于0.5，二、三级时不宜大于0.6，小墙肢的配筋应符合边缘构件约束区的要求；
        3)当小墙肢的长度小于800mm时，宜按暗柱要求采用局部混凝土构件。
    6 开洞剪力墙连梁的处理要求：
        1)在满足结构变形要求的情况下，开洞墙的连梁宜设计成弱连梁或构造连梁，并与楼层圈梁统一考虑；
        2)构造连梁宜采用局部混凝土结构，其配筋按《混凝土结构设计规范》第6.2～6.3节的有关规定计算；
        3)采用配筋砌块连梁时应满足《砌体结构设计规范》GB 50003第10.5.14条的规定。
    7 受力钢筋的锚固搭接长度应符合下列要求：
        1)受力钢筋在砌体内的锚固和搭接长度应按表7.4.5-3采用；
        2)受力钢筋在混凝土构件中的锚固搭接长度应符合《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第8.3～8.4节的规定。

表7.4.5-3 受力钢筋在砌体内的锚固(IaE)和搭接长度(I_IE)

 

注：1 表中l_a为钢筋锚固长度，应按本措施第6.1.3条表6.1.3采用；
2 表中括号内数字为搭接长度。
    8 其它相关部位或构件的构造要求：
        1)混凝土框架结构中的配筋砌块剪力墙应处理成与框架柱和梁为边框的结构。墙中钢筋应在柱和梁中锚固，墙、柱宜采用相同的混凝土浇注(图7.4.5-2)；

图7.4.5-2 R·C框架与R·M墙连接构造

        2)高层砌块剪力墙结构、R·M剪力墙结构中的电梯井宜根据具体情况选择更适合的方案：
            (1)房屋的高度接近《砌体结构设计规范》GB 50003-2011第10.1.3条规定限值时，宜采用R·C剪力墙电梯井，但应考虑R·C电梯井对结构单元刚度的不利影响；
            (2)除以上(1)外或中等层高的R·M剪力墙房屋，可采用R·M剪力墙电梯井，但应对电梯井的纵横墙交接处，门洞口处用R·C柱局部加强，其配筋应符合《砌体结构设计规范》GB 50003-2011第10.5.10条边缘构件的要求。某工程电梯井墙体及洞口处理的示例图7.4.5-3。
        3)当设计中难以避免错层时，除应在结构分析时考虑不利影响外，应在错层处采取加强措施：
            (1)错层上下的楼板应采用现浇混凝土结构，楼板厚度适当加厚；

图7.4.5-3 电梯井构造

            (2)加大错层部位混凝土圈梁的截面及配筋，圈梁构造尚应符合本措施第5.2.2条的要求；
            (3)适当加大错层上下配筋砌块剪力墙的配筋量。