必看-剪力墙设计步骤.ppt

剪力墙结构设计步骤,一、剪力墙结构布置高层第二章 二、剪力墙的计算高层第五章 三、剪力墙墙肢和连梁的设计(配筋)高层第7章 （仅考虑毕业设计中的内容，三级以下剪力墙）,可简化为平面计算的剪力墙分类,局部弯矩,整体弯矩,随着开口的增加，变形逐渐由弯曲型过渡到剪切型 洞口不规则墙不能简化为杆件体系进行计算,壁式框架,剪力墙的尺寸和各部分名称,墙肢高度 (悬臂梁跨度),墙肢厚度 不小于160mm (截面宽度bw),back,底部加强区(P.178),塑性铰区：底部高度等于截面高度的范围 底部加强区(高规7.1.9) ：含塑性铰区在内。 底部加强区 max总高度/8, 底层两层高 对加强区的特殊处理 适当提高抗剪承载力 对轴压比有较高的限值 特殊的构造措施 如果地下室顶板为上部结构嵌固部位，则剪力墙底部加强区起算层号中扣除了地下室。,地下室顶板作为嵌固部位的若干规定,地下室顶板作为嵌固部位的条件 刚度比要求：抗规6.1.14，地下室的抗侧刚度不小于上部结构刚度的2倍。 地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大，宜小于地下室高度的1/3。 地下室外墙距离上部结构不宜过远(不大于40-50m)。 顶板构造要求：楼板不小于180mm，砼强度不小于C30。宜采用双层双向配筋。 此时剪力墙加强区起算层号中扣除了地下室。,截面设计原则和措施延性剪力墙,墙肢 1、强墙弱梁（破坏机制）：连梁先于墙肢屈服(框架剪力墙结构中，联系梁同样要弱于剪力墙) 2、强剪弱弯：包括塑性铰区域在内任何区域均不能出现剪切破坏和锚固破坏。充分发挥抗拉钢筋的延性。 3、限制轴压比 4、设置边缘构件 5、尽可能出现大偏压；不能出现小偏拉。 6、剪力墙的破坏形态与剪跨比有关（中）高墙 连梁 1、强剪弱弯 连梁也同样要强剪弱弯 2、抗剪配筋 配筋形式交叉斜筋 大配筋量 3、连梁尺寸,剪力墙结构设计概要,一、剪力墙结构布置概要 结构布置 尺寸和材料 二、剪力墙计算过程概要 组合弯矩计算值 强墙弱梁调整和强剪弱弯调整 三、剪力墙截面设计过程概要 墙肢截面设计 连梁截面设计 构造边缘构件(毕业设计中不考虑约束边缘构件),双向布置 剪力墙布置成T型、L型、I型 上下连续：贯穿全高、避免刚度突变。 左右对称：可减少结构的扭转。 避免错洞：洞口宜成列布置，成明确的联肢墙 不宜太密：大开间 68m(宜采用)，小开间34m 独立墙段长度不能过长(总高度/墙段长度2) 各墙肢长度宜均匀，不宜单墙段刚度过大,一、剪力墙结构布置概要 简单、规则、均匀、对称,对楼盖的要求,剪力墙门窗洞到边缘的尺寸要求,上图中兰框中为门窗洞 距外纵墙600，距外横墙300，距内墙150。两洞间500mm,墙段和墙肢的长度,洞口应设置成弱连梁（跨高比6） 近似形成若干独立墙段(非墙肢),剪力墙中的钢筋,竖向：端部钢筋和竖向分布钢筋共同抗弯 端部钢筋类似梁上、下的纵向受力钢筋需经抗弯承载力验算获得 竖向分布钢筋按构造配筋同时也参与抗弯 水平：水平分布钢筋抗剪，需通过斜截面抗剪承载力计算确定。,水平(横向) 分布筋抗剪,竖向分布筋 抗弯,back,端部纵筋 竖向抗弯,边缘构件,剪力墙中的钢筋,抗震要求不能单排配筋。厚度大时，中间素混凝土过后，可设三排甚至更多。 竖向分布钢筋象梁的腰筋，水平分布钢筋象柱的箍筋。但是计算结构承载力时要考虑分布钢筋。 墙端部有边缘构件，旨在提高端部混凝土的抗压能力。,剪力墙的两类边缘构件(P.189-191),边缘构件：暗柱、端柱、翼墙、转角墙 约束边缘构件：三、四级剪力墙不需要设置 构造边缘构件：毕业设计中仅考虑此类构件 作用：提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙的延性。,剪力墙尺寸和材料墙肢最小厚度,160mm是最小的可能厚度. 电梯井墙肢厚度不宜小于160mm 剪力墙墙肢混凝土强度C20 每一个墙肢长度不大于8m 剪力墙墙肢钢筋： 分布筋、箍筋HRB235(I级) 其它HRB335(II级）,h层高,back,二、剪力墙计算过程概要,各片剪力墙荷载的计算 竖向荷载按受荷面积(从属面积)，无弯矩和剪力 水平荷载按等效抗弯刚度分配到各墙肢 各片剪力墙在分得的荷载作用下的内力和位移计算 整截面墙和整体小开口墙材料力学方法 联肢墙（双肢墙）连续化方法 壁式框架带刚域D值法 内力组合： 轴力和弯矩设计值：偏心受压构件，组合方法与框架柱相同 剪力设计值：只考虑水平荷载产生的剪力 调整获得内力设计值 墙肢：强剪弱弯调整 (比较：框架柱需要进行强柱弱梁调整) 连梁：强墙弱梁调整、强剪弱弯调整。 边缘构件设计,剪力墙墙肢内力计算方法一览,四种荷载分别计算对应的内力 以上“结构计算”指采用整体墙、联肢墙、壁式框架等的计算方法进行计算,剪力墙在竖向荷载作用下内力计算,各片剪力墙单独计算。不考虑结构连续性和各结构单元及各剪力墙的协同工作。 墙肢轴力由竖向荷载引起，弯矩和剪力为零 竖向荷载：墙负荷范围内的永久和可变荷载 各层楼面荷载：三角形或梯形分布或集中荷载 剪力墙自重：均布荷载 注1：此方法与楼面传给梁的荷载计算方法类似 注2：本方法仅适用现浇楼盖 注3：联肢墙的墙肢受力，以洞口中线分界 注4：计算墙肢自重重力荷载时，要扣除门窗洞,水平荷载效应计算概要,整体墙(高层P.106)：内力直接按静力计算；位移： 引入等效抗弯刚度考虑剪切变形后，采用悬臂梁公式 有洞口时，引入折算惯性矩和折算面积。 整体小开口墙：按静力计算的内力(弯矩剪力和轴力)按刚度等在墙肢中分配。 联肢墙：连续连杆法计算 壁式框架：用普通框架的D值法；有三点不同： 需要用新公式计算梁柱的线刚度； 需要用壁梁和壁柱的线刚度计算D值； 需要进一步修正反弯点高度和梁柱刚度比 注：抗震教材中P.168180给出了框架剪力墙结构水平荷载内力计算的全过程。,剪力墙分类和计算方法,整体小开口墙的内力计算公式,整体小开口墙的墙肢弯矩由整体弯矩和局部弯矩组成,1、墙肢弯矩,2、墙肢轴力,3、墙肢剪力，按墙肢截面积和惯性矩的平均值进行分配,: 外荷载对于剪力墙截面的总剪力。,连续连杆法计算步骤,设有k个连梁(k+1个墙肢，双肢墙k =1)。 设置x坐标系原点：原点在顶层，方向向下。 1、计算各种参数 1、几何参数：各墙肢、连梁的截面面积和惯性矩； 2、刚度参数：墙梁刚度比、连梁和墙肢等效刚度 3、影响系数：轴向变形影响系数、剪切影响系数等 4、整体系数：和1 2、(利用1）计算连杆约束弯矩m() 3、(利用2）计算连梁剪力和弯矩 P.76 4、(利用1和3）计算墙肢中的内力和位移P.76,内力设计值选取(高层7.2.1节),两种组合：有、无地震作用 内力设计值：组合最不利内力或调整后的内力 控制截面： 墙底截面：弯矩最大，底部加强区(高度截面高度) 尺寸(厚度)改变处截面 材料改变的截面（混凝土强度等级和/或钢筋配筋） 强剪弱弯调整：增加剪力的组合设计值。 强墙弱梁调整：减小连梁弯矩设计值。,抗震要求的调整组合以后,基本思想：获得内力的组合值以后，再根据强剪弱弯，强柱(墙)弱梁等要求得到调整后的内力设计值用于设计。 剪力墙要求的调整 墙肢：强剪弱弯调整 连梁：强墙弱梁(降低连梁弯矩)强剪弱弯调整 框架要求的调整(比较) 框架柱：强柱弱梁(降低柱弯矩) 强剪弱弯调整 框架梁：强剪弱弯调整(梁和柱均需要调整),back,强剪弱弯调整：增加剪力的组合设计值,乘以放大系数以后，剪力设计值已经增大了。夸大了困难，增加了安全性。 弯矩并没有增大，间接实现了强剪弱弯。,底部加强部位墙肢最不利组合的剪力设计值,底部加强部位墙肢的剪力设计值,墙肢剪力放大系数 (一、二、三、四级分别 为1.6,1.4,1.2,1.0),三、剪力墙截面设计过程概要,已知墙肢、连梁内力设计值(组合、调整后的结果)。 按轴压比校核墙肢截面尺寸和混凝土等级。 最后还要验算墙肢剪压比(7-20)，连梁剪压比(7-26) 验算轴压比(表7-3)。确定是否应设置边缘构件。 根据构造要求初定两种分布钢筋的层数、直径和间距。 判断墙肢属于大(小)偏心受压(7-1)。 ”正截面”设计：确定端部纵筋截面面积(定钢筋数与直径) 斜截面设计：用初选水平分布钢筋验算抗剪承载力(7-18) 对约束边缘构件计算确定体积配箍率(7-22) 。 连梁设计 连梁抗弯计算决定主筋(7-24) 连梁抗剪计算决定箍筋配筋(7-25),轴压比限值 n=N / fc A,轴压比过大则剪力墙的延性会过小或消失。 需要限制剪力墙底部加强部位的轴压比。由于剪力墙是片状的，受力性能不如柱，所以其轴压比限值要比柱严格。 重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比需满足要求(因为地震作用组合中采用重力荷载代表值) 在轴压比超过一定限度以后，对一、二级剪力墙还需要设置约束边缘构件。,back,墙肢的剪压比,墙肢截面需满足以上剪压比要求。 如果不满足要求，则应该提高截面面积或混凝土强度等级,墙肢设计的内容确定配筋和构造,设计中将竖向、水平分布筋功能分开考虑： 竖向分布筋抗弯；水平分布筋抗剪。 竖向分布钢筋同样有抗剪作用，这里作为安全储备。间接实现强剪弱弯。 正截面承载力计算确定端部钢筋面积 按柱纵筋计算类似方法(对称形、截面形状)。不同点： 按配筋率等构造要求给定竖向分布钢筋面积 端部钢筋计算时，需在减去竖向分布钢筋的抵抗弯矩。 需考虑边缘构件的配筋率构造要求（计算时不计边缘构件） 斜截面承载力计算确认水平分布钢筋面积 强剪弱弯调整，然后验证水平分布钢筋满足要求 墙肢的构造要求,大偏压对称配筋计算,分别为受拉区端部钢筋、受压区 端部钢筋和竖向分布钢筋的截面面积,已知：内力设计值N,M，混凝土的轴心抗压强度fc 竖向分布钢筋的截面面积Asw和抗拉强度设计值fyw 端部钢筋的抗拉强度设计值fy。求得名义受压区高度：,端部钢筋抵抗弯矩：,分布钢筋按构造配筋,竖向分布钢筋总截面面积,竖向分布钢筋抗拉强度设计值,端部钢筋抗拉强度设计值,斜截面验算 确认按构造要求的水平分布钢筋面积和间距满足要求,墙肢腹 板厚度,腹板有 效高度,水平分布 钢筋总面积,水平分布 钢筋间距,砼抗拉强度设计值,无地震作用组合,有地震作用组合,back,分布钢筋最小配筋率和最大间距要求,钢筋直径不宜大于墙厚度的1/10(粘结力要求),back,构造边缘构件P.191,设置要求：三、四级剪力墙的底部加强区需设置边缘构件。 构造边缘构件的尺寸见上图。其中面积Ac是配筋的依据。 底部加强部位用箍筋，其它部位用拉筋，转角处宜用箍筋 非抗震设计时，墙端也要设置至少4根纵向钢筋，并配拉筋。 暗柱及短柱的纵向钢筋的搭接和锚固要求与框架柱相同。,构造边缘构件配筋,配筋需要满足下表(最低要求)。 下表是初定端部钢筋的依据之一。 需通过计算使之满足承载力要求(它们是端部钢筋)。,构造边缘构件的构造要求,连梁设计过程,验算剪压比限值,确认截面尺寸和材料 强墙弱梁调整采用以下两种方法之一进行 结构计算前低连梁刚度，实现了强墙弱梁。 结构计算后，弯矩组合值乘以折减系数(不小于0.8) 强剪弱弯调整得到剪力的设计值 连梁抗弯设计受力钢筋 连梁抗剪设计箍筋(全长加密) 注意：主筋、箍筋均需满足构造要求。,连梁跨高比的相关问题,跨高比增加，连梁中的剪切变形所占比例增加 跨高比=0.5时，剪切变形占连梁变形的90%以上 跨高比=5时，剪切变形占连梁变形的10%. 按跨高比对连梁设计方法的影响 当跨高比小于2.5时，按连梁设计 当跨高比大于5时，按框架梁设计 当跨高比在2.5 5之间时，酌情考虑。 PKPM中允许设计人员设定把连梁转换撑框架梁的跨高比。例如可以选择3跨高比大于3就按框架梁设计 注意：双肢墙的连梁一旦被按框架梁设计，则这个双肢墙就实际上是两个整体墙了。因此结构的内力、位移周期等都会发生改变。 跨高比不大于2时，宜设置交叉暗撑 跨高比不大于1时，应设置交叉暗撑,连梁剪压比限值验算(避免斜压破坏) 比较墙肢剪压比限制要求(下页),无地震作用组合时,有地震作用组合时：,这里在已知剪力设计值后验算是否满足剪压比的要求，不能满足时，需要调整尺寸。调整方法： 1.减小连梁的截面高度。 2.降低连梁刚度的调幅可降低Vb,致使上式满足。 3.大震时认为连梁不参与工作假定为铰接连杆。,深梁,跨高比 大于5为一般梁,墙肢的剪压比,墙肢截面需满足以上剪压比要求。 如果不满足要求，则应该提高截面面积或混凝土强度等级,连梁的强墙弱梁调整,1、刚度调整-计算前调整： 原理：按刚度分配使得刚度小的构件内力减小。 目的：通过降低连梁刚度，减小弯矩和剪力的设计值。 方法： 6、7度时折减系数不小于0.7； 8、9度时折减系数不小于0.5。 给出一个下限的原因是：连梁能够有足够的承载力承受竖向荷载。 2、折减组合设计值-组合后调整(略),连梁的强剪弱弯调整,纯弯曲时：,即：,考虑强剪弱弯：,再考虑重力荷载 引起的的剪力：,经过刚度调整后，弯矩已比较小了实现了强墙弱梁 在获得最不利组合弯矩以后，按上式获得的剪力作为剪力设计值。实现强剪弱弯。 至此已经获得了正截面和斜截面的全部内力设计值(弯矩和剪力),连梁净跨,连梁受弯承载力验算,利用上式得到连梁主筋的面积。然后查表可得到钢筋的数量与直径。,连梁弯矩设计值,上下受力钢筋重心的距离,受力钢筋面积,受力钢筋抗拉强度设计值,承载力抗震调整系数,连梁受剪承载力验算,砼轴心抗拉强度设计值,连梁截面宽度,连梁截面有效高度,箍筋全部 截面面积,箍筋间距,箍筋抗拉强度设计值,抗震设计,跨高比大于2.5时：,跨高比不大于2.5时,连