钢筋混凝土剪力墙设计.ppt

第7章 剪力墙设计和构造,7.1 概述 7.2 墙肢设计 7.3 连梁设计,7.1 概述,7.1.1 剪力墙分类,1.按几何形式分,(见图7-1),(1)悬臂剪力墙(实体墙不开洞，只有墙肢构件) 。,(2)联肢剪力墙(开有洞口的剪力墙，由墙肢和连梁组成)。,(3)带边框剪力墙(在框剪结构中，剪力墙往往和梁柱结合在一起)。,(4)框支剪力墙(框架支承剪力墙)。,2.根据剪力墙的高宽比及受力破坏特征分,(见图7-2),(1)高墙H/hw2，弯曲破坏。,(2)中高墙H/hw=12，弯剪破坏。,(3)矮墙H/hw1， 剪切破坏破坏。,另剪力墙还可发生滑移破坏 (施工缝处截面)。,7.1.2 剪力墙设计要求,1.剪力墙一般设计要求,(1)墙体承受轴力、弯矩、剪力的共同作用，与钢筋混凝土压弯构件(柱)的受力基本相同。,(2)但与柱子相比，它的截面往往薄而长(受力方向的高宽比大于4时，按剪力墙截面设计)，沿截面高度方向需配置较多的分布钢筋。,(3)剪力墙中剪力一般较柱大，故抗剪要求较高。,(4)剪力墙必须依赖各层楼板作为支撑，保持平面外的稳定，在楼层之间也要保持局部稳定，必要时应验算平面外的承载力。,2.剪力墙延性抗震设计原则,强墙弱梁,强剪弱弯,限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件,加强重点部位,连梁特殊措施,7.1.3 剪力墙结构设计的主要内容,(1)正截面抗弯承载力, 确定墙肢竖向抗弯钢筋,(压弯或拉弯构件确定纵向钢筋),(2)斜截面抗剪承载力, 确定墙肢水平抗剪钢筋,(3)抗裂度(裂缝宽度)验算,(4)平面外抗压承载力验算,(5)连梁正截面抗弯承载力, 受弯构件确定纵筋,(6)连梁斜截面抗剪承载力, 受弯构件确定箍筋,7.1.4 剪力墙中的钢筋,(1)竖向受力钢筋, 墙肢截面的端部,(通过正截面承载力确定),(2)竖向分布钢筋, 墙肢截面的中部,(通过正截面承载力或构造要求确定),(3)水平分布钢筋, 沿墙身高度分布,(通过斜截面抗剪承载力确定),7.2 墙肢设计,7.2.1 控制截面及内力设计值,1.控制截面,(1)墙底截面,弯矩和剪力最大。,(2)沿高度方向，在剪力墙断面尺寸改变或配筋变化的截面。,(3)控制截面要进行承载力计算(正截面及斜截面承载力)。,2.内力设计值,控制截面的最不利组合内力或对其进行调整后的内力值，取法如下：,(1)抗震等级为一级的剪力墙的弯矩设计值,底部加强部位及以上一层，采用墙肢底部截面组合的弯矩值； 其他部位，取墙肢截面最不利组合弯矩计算值乘以1.2。,(2)其他抗震等级和非抗震设计剪力墙的弯矩设计值,采用墙肢截面最不利组合的弯矩计算值。,(3)双肢剪力墙,当一个墙肢为大偏心受拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值乘以增大系数1.25。(当一个墙肢出现水平裂缝时，刚度降低，由于内力重分布，剪力向无裂缝的另一个墙肢转移，使另一个墙肢内力加大。),(4)抗震等级一、二、三级剪力墙墙肢底部加强部位：,墙肢截面的剪力组合值按右式调整：(为了加强墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早出现剪切破坏，实现强剪弱弯。),9度时尚应符合：,V底部加强部位墙肢截面剪力设计值； Vw底部加强部位墙肢截面最不利组合的剪力计算值； Muwa墙肢底部截面实配的抗震受弯承载力所对应的弯矩值； Mw墙肢底部截面最不利组合的弯矩计算值； vw墙肢剪力放大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。,7.2.2 正截面压弯承载力,墙肢正截面压弯承载力计算基本同钢筋混凝土偏压构件(柱)。,不同在于：,墙肢受拉区中的竖向分布钢筋考虑部分参与受力，以减少端部钢筋数量。,在受压区，不考虑分布筋的作用由于竖向分布筋都比较细(多数在12以下)，容易产生压屈现象(如有可靠措施防止分布筋压屈，也可以考虑其作用)。,1.大偏心受压承载力计算公式(b),(1)根据平截面假定，当b时，构件为大偏心受压，平衡配筋的受压区相对高度为：,(2)受拉钢筋应力s=fy。,(3)分布钢筋达到屈服应力fyw。,(4)只计算hw0-1.5x范围内的分布钢筋，并认为它们都达到了屈服应力(在中和轴附近的分布钢筋应力较小，不计入)。,(见图7-3),根据平衡条件，可写出N=0、M=0（对混凝土受压区中心取矩）两个方程式：,式中： Asw剪力墙腹板中竖向分布钢筋总面积，布置在hw0高度范围内。 e0 = M N,2. 小偏心受压承载力计算(b),(1)截面全部受压或大部分受压。,(2)受拉部分的钢筋未达到屈服应力。,(3)所有分布钢筋都不计入抗弯。,(4)剪力墙截面的抗弯承载力计算和柱子相同。,(如图7-4),7.2.3 墙肢偏心受拉承载力计算,1.墙肢受拉情况分析(不宜采用小偏心受拉墙肢),(1)小偏心受拉时墙肢全截面受拉，混凝土开裂贯通整个截面高度。,(2)通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉的墙肢。,(3)剪力墙很长时，边墙肢拉(压)力很大，可以人为加大洞口或人为开洞口，减小连梁高度而成为对墙肢约束弯距很小的连梁。,(4)地震时，连梁两端比较容易服形成塑性铰，可将长墙分成长度较小的墙。在实际工程中，一般使墙的长度不大于8m。,(5)减小连梁高度也可减小墙肢轴力。,2. 大偏心受拉承载力计算公式,(1)大偏心受拉的判别条件为：M/Nhw/2 - a ；,(2)受拉钢筋应力达到屈服，即s = fy；,(3)分布钢筋达到屈服应力 fyw；,(4)只计算hw0-1.5 x范围内的分布钢筋，并认为它们都达到了屈服应力(在中和轴附近的分布钢筋应力较小，不计入)。,如图75,根据平衡条件，可写出N=0、M=0(对混凝土受压区中心取矩)两个方程式：,式中： Asw剪力墙腹板中竖向分布钢筋总面积，布置在hw0高度范围内。 e0 = M N,7.2.4 斜截面抗剪承载力计算,1.剪力墙中斜裂缝,由弯曲受拉边缘先出现水平裂缝，然后向倾斜方向发展成为斜裂缝。,因腹板中部主拉应力过大而出现斜向裂缝，然后向两边缘发展。,2.斜裂缝出现后的剪切破坏形态,(1)剪拉破坏当无腹部钢筋或腹部钢筋过少，斜裂缝一旦出现，很快会形成一条主裂缝，使构件劈裂而丧失承载能力。避免这类破坏的主要措施是配置必需的腹部钢筋。,(2)剪压破坏 当配置足够的腹部钢筋时，腹部钢筋可抵抗斜裂缝的开展。随着裂缝逐步扩大，混凝土受剪的区域减小，最后在压应力及剪应力的共同作用下混凝土破碎而丧失承载能力。剪力墙抗剪腹筋计算主要是建立在这种破坏形态的基础上的。,(3)斜压破坏 当剪力墙截面过小或混凝土强度等级选择不恰当时，截面剪应力过高，腹板中较早出现斜裂缝。尽管按照计算需要可以配置许多腹部钢筋，但过多的腹部钢筋并不能充分发挥作用，钢筋应力较小时，混凝土就被剪压破碎了。这种破坏只能用加大构件截面或提高混凝土等级来防止，在设计中则从限制截面的剪压比体现这一要求。,3.偏心受压斜截面抗剪承载力,(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,4.偏心受拉斜截面抗剪承载力,(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,1.混凝土强度等级,7.2.5 墙肢构造要求,2.最小截面尺寸,(1)最小厚度的要求,(2)剪压比限值的要求,3.分布钢筋,(1)墙肢竖向及横向分布钢筋的最小配筋要求,(2)分布钢筋的设置要求,4.轴压比限值,5.边缘构件,(1)边缘构件：约束边缘构件、构造边缘构件,(2)约束边缘构件,需设置约束边缘构件的结构。,约束边缘构件的形式。,见图7-6,约束边缘构件的设置要求。,(3)构造边缘构件,构造边缘构件的范围。,见图7-7,构造边缘构件的设置要求。,6.钢筋连接,(1)剪力墙内钢筋的锚固长度 (2)墙肢分布钢筋的连接，见下图。,7.3 连梁设计,7.3.1 连梁内力设计值,1.弯矩设计值：弯矩调幅,折减连梁刚度。,将弯矩组合值折减。,2.剪力设计值,9度和一级抗震时尚应符合以下要求：,按“强剪弱弯”要求，将由弯矩产生的剪力放大vb倍。,式中： vb 梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，vb分别为1.3 1.2、1.1。超限高层建筑的特一级，按一级再增大20。,7.3.2 连梁承载力验算,1. 受弯承载力验算,(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,2. 受剪承载力验算,(1)无地震作用组合时:,Vb 0.7ftbh0+fyvAsvh0/s,(2)有地震作用组合时:,跨高比2.5：,REVb 0.42ftbh0+fyvAsvh0/s,跨高比2.5：,REVb 0.38ftbh0+0.9fyvAsvh0/s,7.3.3 连梁构造要求,1. 最小截面尺寸,Vb 0.25cfcbbhb0,(1)无地震作用组合时：,(2)有地震作用组合时：,跨高比2.5：,REVb 0.2cfcbbhb0,跨高比2.5：,REVb 0.15cfcbbhb0,2. 截面配筋,图7-1 剪力墙的类型,(a)悬臂剪力墙,(f)带边框剪力墙,(b)