本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及工業(yè)與民用建筑中的剪力墻，主要是關(guān)于剪力墻開洞與跨度的關(guān)系。

背景技術(shù)：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》JGJ3-2010(以下均稱“《規(guī)范》”)第7.1.2條規(guī)定，剪力墻不宜過長(zhǎng)，較長(zhǎng)剪力墻宜設(shè)置跨高比較大的連梁將其分成長(zhǎng)度均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長(zhǎng)度之比不宜小于3，墻段長(zhǎng)度不宜大于8m。實(shí)際工程中，在較長(zhǎng)剪力墻構(gòu)造配筋時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是在墻體中設(shè)置洞口，利用洞頂連梁將各墻段聯(lián)系起來；二是直接布置成整片剪力墻。哪種方式會(huì)更加節(jié)約鋼筋用量，開洞跨度取多大，一般都是在滿足《規(guī)范》前提下，由工程師憑經(jīng)驗(yàn)確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服工程中剪力墻是否開洞及開洞尺寸多大由工程師經(jīng)驗(yàn)而定的不足，并從節(jié)省鋼材的角度出發(fā)，本發(fā)明提供了剪力墻開洞的臨界跨度表。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：根據(jù)《規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板)》11G101-1(以下均稱“《圖集》”)的要求，設(shè)計(jì)兩片剪力墻，一片剪力墻不開洞，另一片剪力墻開洞。假設(shè)這兩片剪力墻除了開洞以外其它條件均相同，只需比較兩片剪力墻內(nèi)的鋼筋總體積，即可知道那種方式節(jié)省鋼材，并且可得到開洞的臨界跨度。

本發(fā)明的有益效果是，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)臨界跨度表快速選擇合適的布置剪力墻的方式，并且可節(jié)省鋼材。

附圖說明

圖1為不開洞的①號(hào)剪力墻，圖2為開洞的②號(hào)剪力墻。

圖中AZ1、AZ2-構(gòu)造邊緣構(gòu)件，Q1-通用墻段，LL1-洞口上方連梁，L-剪力墻的總長(zhǎng)，X-洞口跨度，Y-相鄰構(gòu)造邊緣構(gòu)件間的距離，h-剪力墻的墻厚。

圖3為Q1通用墻段內(nèi)拉筋示意圖。

圖4為構(gòu)造邊緣構(gòu)件AZ1配筋示意圖。

圖5為Q1通用墻段內(nèi)橫向分布筋錨入AZ1構(gòu)造示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。

①、②號(hào)剪力墻在800+X寬度范圍以外部分做法相同，則鋼筋量相同，只需比較800+X范圍內(nèi)墻體總鋼筋含量，便可知那種方式節(jié)約鋼材。

假定已知條件：

(1)①、②號(hào)剪力墻高均為H，H為樓層層高，連梁LL1梁頂與樓面在同一標(biāo)高；

(2)混凝土保護(hù)層厚度為c，箍筋、拉筋彎鉤增加長(zhǎng)度分別為12d、7d，d為鋼筋直徑，做法依據(jù)《圖集》第56頁；

(3)Q1通用墻段豎向分布鋼筋直徑d₁，間距t₁，單根面積S₁＝πd₁²/4；

(4)Q1通用墻段橫向分布鋼筋直徑d₂，間距t₂，單根面積S₂＝πd₂²/4；

(5)Q1通用墻段拉筋直徑d₃，雙向布置，間距3t₁、3t₂，單根面積S₃＝πd₃²/4，見圖3，做法依據(jù)《圖集》第16頁；

(6)AZ1(見圖4)縱筋直徑d₄，共N根，單根面積S₄＝πd₄²/4；

(7)AZ1箍筋直徑d₅，一封閉箍加一拉筋，豎向間距t₅，單根面積S₅＝πd₅²/4；

(8)②號(hào)剪力墻中Q1橫向分布筋錨入AZ1中的長(zhǎng)度見圖5，依據(jù)《圖集》第68頁的“端部有暗柱時(shí)剪力墻水平鋼筋端部做法”設(shè)置；

(9)連梁LL1截面為h×h_b(寬×高)，梁縱筋總面積為A_s，縱筋兩端伸入墻內(nèi)長(zhǎng)度均取600mm，做法依據(jù)《圖集》第74頁，箍筋直徑d₆，間距100，兩肢箍。

(10)不考慮①、②號(hào)剪力墻內(nèi)鋼筋的搭接接頭及損耗，不考慮布筋間距與根數(shù)之間的關(guān)系，即：鋼筋根數(shù)＝布筋范圍÷布筋間距+1。

公式推導(dǎo)：

①號(hào)剪力墻800+X范圍Q1的鋼筋含量由豎向分布筋、橫向分布筋和拉筋三部分組成。(1)Q1豎向分布鋼筋

總根數(shù)為：$N_1=\frac{800+X}{t_1}\×2$ 公式(1)

體積為：V₁＝N₁×S₁×H 公式(2)

將公式(1)代入(2)得：$V_1=\frac{{\mathrm{H\πd}}_1^2}{2t_1}\×(800+X)$ 公式(3)

(2)Q1橫向分布鋼筋

總根數(shù)為：$N_2=\frac{2H}{t_2}$ 公式(4)

單根長(zhǎng)為：L₂＝800+X 公式(5)

體積為：V₂＝N₂×S₂×L₂ 公式(6)

將公式(4)(5)代入(6)得：$V_2=\frac{{\mathrm{H\πd}}_2^2}{2t_2}\×(800+X)$ 公式(7)

(3)Q1拉筋

單排豎向根數(shù)為：$N_3=\frac{H}{3t_2}$ 公式(8)

單行橫向根數(shù)為：$N_3^{\′}=\frac{(800+X)}{3t_1}$ 公式(9)

單根長(zhǎng)為：L₃＝h-2c+2×7d₃ 公式(10)

體積為：V₃＝(N₃×N′₃)×S₃×L₃ 公式(11)

將公式(8)(9)(10)代入(11)得：$V_3=\frac{{\mathrm{H\πd}}_3^2}{36t_1{t}_2}\×(800+X)\×(h-2c+14d_3)$ 公式(12)

②號(hào)剪力墻800+X范圍鋼筋含量由AZ1(兩個(gè))豎向縱筋、箍筋、Q1橫向分布筋錨入AZ1的部分和樓層連梁鋼筋四部分組成。

(1)AZ1豎向縱筋

總根數(shù)為：N₄＝2×N 公式(13)

體積為：V₄＝N₄×S₄×H 公式(14)

將公式(13)代入(14)得：$V_4=\frac{{\mathrm{NH\πd}}_4^2}{2}$ 公式(15)

(2)AZ1箍筋

豎向箍筋總層數(shù)為：$N_5=\frac{2H}{t_5}$ 公式(16)

個(gè)封閉箍筋長(zhǎng)為：L′₅＝2×(400+h)-8c+2×12d₅ 公式(17)

個(gè)拉筋長(zhǎng)為：L″₅＝h-2c+2×12d₅ 公式(18)

單層箍筋總長(zhǎng)為：L₅＝L′₅+L″₅＝800+3h-10c+48d₅ 公式(19)

體積為：V₅＝N₅×S₅×L₅ 公式(20)

將公式(16)(19)代入(20)得：$V_5=\frac{{\mathrm{H\πd}}_5^2}{2t_5}\×(800+3h-10c+48d_5)$ 公式(21)

(3)Q1橫向分布筋錨入AZ1的部分

總根數(shù)為：$N_6=\frac{2H}{t_2}\×2$ 公式(22)

單根長(zhǎng)為：L₆＝400+10d₂ 公式(23)

體積為：V₆＝N₆×S₂×L₆ 公式(24)

將公式(22)(23)代入(24)得：$V_6=\frac{{\mathrm{H\πd}}_2^2}{t_2}\×(400+10d_2)$ 公式(25)

(4)連梁鋼筋

單根縱筋長(zhǎng)為：L′₇＝2×600+X 公式(26)

縱筋總體積為：V′₇＝A_s×L′₇ 公式(27)

單根箍筋長(zhǎng)為：L″₇＝(h+h_b)×2-8×c+2×12×d₆ 公式(28)

箍筋根數(shù)為：$N_7=\frac{X}{100}$ 公式(29)

箍筋總體積為：$V_7^{\′\′}=N_7\×L_7^{\′\′}\×\frac{\mathrm{\π}\×d_6^2}{4}$ 公式(30)

連梁總體積為：V₇＝V′₇+V″₇ 公式(31)

令①、②號(hào)剪力墻在800+X寬度范圍內(nèi)鋼筋總體積相等，得到：

V₁+V₂+V₃＝V₄+V₅+V₆+V₇ 公式(32)

將公式(3)(7)(12)(15)(21)(25)(31)代入(32)得：

$X=\frac{\frac{{\mathrm{Nd}}_4^2}{2}+\frac{d_5^2}{2t_5}\×L_5+\frac{d_2^2}{t_2}\×(400+10d_2)-\frac{400(M-A_S)}{\mathrm{\π}H}}{\frac{d_1^2}{2t_1}+\frac{d_2^2}{2t_2}+\frac{d_3^2}{36t_1{t}_2}\×(h-2c+14d_3)-\frac{M+A_S}{\mathrm{\π}H}}-800$ 公式(33)

式中公式(33)中X即為剪力墻開洞的臨界跨度。

設(shè)計(jì)人員可根據(jù)剪力墻的的預(yù)估開洞跨度L，按以下條件選擇合適的布?jí)Ψ绞健?/p>

(1)當(dāng)洞寬L≤X時(shí)，建議剪力墻不開設(shè)洞口；

(2)當(dāng)洞寬L＞X時(shí)，剪力墻可開設(shè)洞口，節(jié)省鋼材。

由于剪力墻開洞的臨界跨度公式比較復(fù)雜，運(yùn)用起來不方便，現(xiàn)根據(jù)公式(33)，再結(jié)合工程實(shí)際情況，整理得到剪力墻開洞布置時(shí)的臨界跨度表。

選擇高層建筑常用的構(gòu)件尺寸和配筋數(shù)值，剪力墻厚h＝200mm，墻高H＝3.0m，保護(hù)層厚度c＝15mm，連梁截面200×600，梁頂和梁底縱筋均為箍筋整理得到剪力墻開洞布置時(shí)的臨界跨度表1-表4。