高层剪力墙结构设计.ppt

内容回顾内容回顾 n1、水平荷载作用下框架结构的内力计算 （反弯点法、D值法、门架法） n2、内力组合 n3、框架柱端和框架梁端弯矩及剪力设计 值的调整 n4、承载力的计算 n5、构造要求 6 高层剪力墙结构设计 6.1 结构布置 n1、剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置 ； 剪力墙要均匀布置，数量要适当。 n2、剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的 竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下 对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁； n3、为了避免剪力墙脆性破坏，较长的剪力墙 宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙 段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙 段的总高度与其截面高度之比不应小于3，墙 肢截面高度不宜大于8m； n4、剪力墙宜自下而上连续布置，避免刚度突 变。 n5、跨高比小于5的连梁应按本章的有关规定设计 ，跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。 按剪力墙连梁设计 按框架梁设计 6、抗震设计时，剪力墙底部加强部位的范围，应符合下列要求 ： （1）底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起； （2）底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1/10二 者的较大值； （3）当结构计算嵌固端位于地下一层地板或以下时，底部加强 部位宜延伸到计算嵌固端。 例题：例题： n条件：某钢筋混凝土剪力墙结构，共11层，一层 层高为4.1m，标准层层高均为3.3m。 n要求：该剪力墙结构的底部加强部位高度。 答案：7.4m 计算步骤：H=4.1+（10*3.3）=37.1m h1=(1/10)H=3.71m 底部两层高度:h2=4.1+3.3=7.4m 底部加强部位高度=max3.71m,7.4m=7.4m n7、楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁 上； n8、当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时 ，宜按框架柱进行截面设计； 【短肢剪力墙】是指截面厚度不大于300mm，各肢截面 高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。 且 n抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙。 短肢剪力墙 【具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构】是指在规定的水平 地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构 底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构。 n抗震设计时，当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构 时，应符合下列规定： 具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构 1 在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆 力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%； 2 房屋使用高度可适当降低，7度、8度（0.2g）和8度（ 0.3g）时分别不应大于100m、80m和60m。 剪跨比： 表示截面上弯矩与剪力的相对大小 ，是影响剪力墙破坏形态的重要因素。 弯曲破坏: 时，高墙（H/hw23），以弯矩 作用为主，容易实现弯曲破坏，延性较好。 弯剪破坏: ,中高墙（H/hw=12），很难 避免出现剪切斜裂缝，视设计措施是否得当而可 能弯坏，也可能剪坏，按照强剪弱弯合理设计， 也可能实现延性尚好的弯剪破坏。 剪切破坏: 的剪力墙，矮墙（H/hw1） 滑移破坏：实际工程中，滑移破坏很少见，可能 出现的位置是施工缝截面。 剪力墙的几种破坏形式 n应控制剪力墙平面外的弯矩，以保证剪力墙平面外 的稳定性； （1）沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平 面外弯矩； （2）当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与 梁相交处设置扶壁柱； （3） 当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置暗柱 ，并宜按计算确定配筋； （4）必要时，剪力墙内可设置型钢。 n不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。 6.2 剪力墙的类型 1整截面剪力墙 2整体小开口剪力墙 3双肢及多肢剪力墙 4壁式框架 6.2.1 剪力墙分类 1整截面墙 不开洞或开洞面积不大于15%的整截面剪力墙。 受力特点：整体悬臂墙，弯矩图既不突变也无反弯 点。 变形特点：弯曲型变形 2整体小开口墙 开洞面积大于15%但仍较小的墙 受力特点：弯矩图在连系梁处发生突变，但在整个 墙肢高度上没有或仅在个别楼层中才出现反弯点。 变形特点：以弯曲型为主 3双肢墙及多肢墙 开洞较大、洞口成列布置的墙 受力特点：与整体小开口墙相似 变形特点：以弯曲型为主 4壁式框架 开洞尺寸大、连梁线刚度大于或接近墙肢线刚 度的墙 受力特点：弯矩图在楼层处有突变，在大多数楼层 中都出现反弯点 变形特点：以剪切型为主 6.3 计算假定及荷载分配 计算基本假定 （1）一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力 ，而在平面外的刚度很小，可以忽略。 （2）楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面 外刚度很小，可以忽略。 剪力墙有效翼缘宽度bf 计算剪力墙的内力与位移时，可以考虑纵、横墙的 共 同工作。 有效翼缘的宽度按下表采用，取最小值。 6.6 截面承载能力计算方法 n1、偏心受压剪力墙正截面承载力计算方法 n2、正截面偏心受拉承载力验算方法 n3、剪力墙斜截面受剪承载力计算方法 n4、剪力墙的轴压比限值 n5、平面外轴心受压承载力验算方法 n6、连梁斜截面抗剪承载力计算方法 6.6.1 偏心受压剪力墙正截面承载力计算 基本假定： (1) 截面变形符合平截面假定； (2) 不考虑受拉混凝土的作用； (3) 受压区混凝土的应力图用等效矩形应力图替换， 应力达到1fc； (4) 墙肢端部的纵向受拉、受压钢筋屈服； (5) 从受压区边缘算起1.5x范围以外的受拉竖向分布 钢筋屈服并参与受力计算。 不考虑地震作用 剪力墙正截面承载力计算简图 考虑地震作用 地震设计状况，上式右端均应除以承载力抗震调整系 数 ， 取0.85. （大偏心受压）常用 （小偏心受压) 6.6.3 剪力墙斜截面受剪承载力计算 偏心受压剪力墙 偏心受拉剪力墙 偏心受压剪力墙 偏心受拉剪力墙 6.6.4 剪力墙的轴压比限值 【墙肢轴压比限值】 6.6.3 连梁斜截面受剪承载力计算 连梁截面剪力设计值（验算截面控制条件） 规定受弯构件的受剪截面限制条件，其目的首先是 防止构件截面发生斜压破坏（或腹版压坏），其次是 限制在使用阶段可能发生的斜裂缝宽度，同时也是构 件斜截面受剪破坏的最大配箍率条件。 式中： 连梁斜截面受剪承载力 6.7 构造要求 1、剪力墙截面的最小厚度 剪力墙的厚度应符合以下要求： （1）稳定性要求 式中：q作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值 ； 剪力墙混凝土的弹性模量； 剪力墙墙肢截面厚度 ； 剪力墙墙肢计算长度 ； 剪力墙墙肢计算长度 ： 式中： 墙肢计算长度系数； 墙肢计算长度系数； 墙肢计算长度系数 应根据墙肢的支撑条件按下列规定采用 ： 1）单片独立墙肢按两边支撑板计算，取 等于1.0 。 2）T形、L形、槽形和工字形剪力墙的翼缘，采用三边支 承板按下式计算；当 计算值小于0.25时，取0.25 。 T形、L形、槽形和工字形剪力墙的单侧翼缘截面高度 3）T形剪力墙的腹板也按三边支承板计算，但应将（式 6.136）中的 代以 。 4）槽形和工字形剪力墙的腹板，采用四边职称板计算； 当 计算值小于0.2时，取0.2。 槽形和工字形剪力墙的腹板高度。 （2）一、二级剪力墙：底部加强部位不应小于200mm,其他 部位不应小于160mm;一字型独立剪力墙底部加强部位不应小 于220mm，其他部位不应小于180mm。 （3）一、二级剪力墙：底部加强部位不应小于200mm, 其他部位不应小于160mm;一字型独立剪力墙底部加强部 位不应小于220mm，其他部位不应小于180mm。 （4）非抗震设计时不应小于160mm。 （5）剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚 度可适当减小，但不宜小于160mm。 2、短肢剪力墙 抗震设计时，短肢剪力墙的设计应符合下列规定： （1）短肢剪力墙截面厚度除应符合剪力墙截面厚度的要 求外，底部加强部位尚不应小于200mm,其他部位尚不应 小于180mm。 （2）一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，分别不宜大于 0.45、0.50、0.55，一字型截面短肢剪力墙的轴压比限值 应相应减少0.1。 （3）短肢剪力墙的底部加强部位应调整剪力设计值，其 他各层一、二、三级时剪力设计值应分别乘以增大系数 1.4、1.2和1.1。 （4）短肢剪力墙的边缘构件的设置应符合要求。 （5）短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率，底部加强部 位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其 他部位一、二级不宜小于1.0%，三四级不宜小于0.8%。 （6）不宜采用一字形短肢剪力墙，不宜在一字形短肢剪 力墙上布置平面外与之相交的单侧楼面梁。 n剪力墙墙肢截面剪力设计值应满足一下要求： n1）永久、短暂设计状况 n2）地震设计状况 n剪跨比可按下式计算： 3、墙内钢筋 （1）配筋方式 高层剪力墙结构的属相和水平分布钢筋不应单排配置。 剪力墙截面厚度不大于400mm时，可采用双排配筋； 大于400mm、但不大于700mm时，宜采用三排配筋； 大于700mm时，宜采用四排配筋。 各排分布钢筋之间的拉筋的间距不应大于600mm，直径 不应小于6mm。 （2）分布钢筋最小配筋率 剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，一、二、三级时均不 应小于0.25%，四级和非抗震设计时均不应小于0.20%。 剪力墙的竖向和水平分布钢筋的间距均不宜大于300mm，直 径不应小于8mm。 剪力墙的竖向和水平分布钢筋的直径不宜大于墙厚的1/10 。 房屋顶层剪力墙、长矩形平面房屋的楼梯间和电梯间剪 力墙、端开间纵向剪力墙以及端山墙的水平和竖向分布 钢筋的配筋率均不应小于0.25%，间距均不应大于200mm 。 （3）钢筋的锚固与连接 1、非抗震设计时，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取 ； 抗震设计时，剪力墙纵向最小锚固长度应取 。 、 的取 值应符合规范规定。 2、剪力墙竖向及水平分布钢筋采用搭接连接时，一、二级 剪力墙的底部加强部位，接头位置应错开，同一截面连接的 钢筋数量不宜超过总数量的50%，错开净距不宜小于500mm ；其他情况剪力墙的钢筋可在同一截面连接。 分布钢筋的搭接长度，非抗震设计时不应小于1.2 ，抗震设 计时不应小于1.2 。 3、暗柱以及端柱内纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相 同。 4、连梁配筋构造 1）连梁顶面、底面纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度， 抗震设计时不应小于 ，非抗震设计时不应小于 且不 应小于600mm。 2）抗震设计时，沿连梁全长箍筋的构造应按框架梁梁端 加密区箍筋的构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全 长的箍筋直径不应小于6mm。间距不应大于150mm。 3）顶层连梁纵向钢筋深入墙体的长度范围内，应配置间 距不大于150mm的构造箍筋，箍筋直径应与该连梁的箍 筋直径相同。 4）墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉 通连续配置； 当连梁截面高度大于700mm时，其两侧面沿梁高范围设 置的纵向构造钢筋（腰筋）的直径不应小于8mm，间距 不应大于200mm； 对跨高比不大于2.5的连梁，梁两侧的纵向构造钢筋（腰 筋）的面积配筋率不应小于0.3%。 5）跨高比（ ）不大于1.5的连梁， 非抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率可取为0.2%； 抗震设计时，其纵向钢筋的最小配筋率宜符合下表要求 ； 跨高比大于1.5的连梁，其纵向钢筋的最小配筋率可按框架 梁的要求采用。 6）剪力墙结构连梁中，非抗震设计时，顶面及底面单侧 纵向钢筋的最大配筋率不宜大于2.5%；抗震设计时，顶 面及底面单侧纵向钢筋的最大配筋率宜符合下表要求。 如不满足，则应按实配钢筋进行连梁强剪弱弯的验算。 7）剪力墙的连梁不满足连梁斜截面抗剪承载力的要求时 ，可采取下列措施： 减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施。 抗震设计剪力墙连梁的弯矩可塑性条幅； 当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立 墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析 ，墙肢截面应按两次计算的较大值计算配筋。 5、墙面和连梁开洞处理 1）非连续小洞口（各边长度小于800mm）： 应将洞口处被截断的分布筋量分别集中配置在洞口 上、下和左、右两边，且钢筋直径不应小于12mm。 2）管道： 穿过连梁的管道宜预埋套管，洞口上、下的有效高度不 宜梁高的1/3，且不宜小于200mm,洞口处宜配置补强钢筋 ，被洞口削弱的截面应进行承载力验算，洞口处应配置 补强纵向钢筋和箍筋，补强纵向钢筋的直径不应小于 12mm。 6、边缘构件 （1）边缘构件的设置： 1）一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于表 6.30的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪力墙， 应在底部加强部位以及相邻的上一层设置约束边缘构件 。2）除本条第一款所列的部位外，剪力墙应设置构造边缘 构件。 3）B级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与 构造边缘构件层之间设置12层过渡层，过渡层边缘构件 的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但应高于 构造边缘构件的要求。 （2）约束边缘构件设计 1）约束边缘构件沿墙肢的长度 和箍筋配箍特征值 应 符合表6.31的要求，其体积配箍率 应按下式计算： 剪力墙的约束边缘构件可为暗柱、端柱和翼墙。 约束边缘构件沿墙肢的长度 及其配箍特征值 注：1、 为墙肢在重力荷载代表值作用下的轴压比， 为 墙肢的长度； 2、剪力墙的翼墙长度小于翼墙厚度的3倍或端柱截面边 长小于2倍墙厚时，按无翼墙、无端柱查表； 3、 为约束边缘构件沿墙肢的长度。对暗柱不应小于墙 厚和400mm的较大值；有翼墙或端柱时，不应小于翼 墙厚度或端柱沿墙肢方向截面高度加300mm。 2）剪力墙约束边缘构件阴影部分（图6.39）的竖向钢筋除 应满足正截面受压（受拉）承载力计算要求外，其配筋率 一、二、三级时分别不应小于1.2%、1.0%和1.0%，并分 别不应少于8 16,、6 14和6 14的钢筋。 3）约束边缘构件内箍筋或拉筋沿竖向的间距，一级不宜大 于100mm，二、三级不宜大于150mm；箍筋、拉筋沿水平 方向的肢距不宜大于300mm，不应大于竖向钢筋间距的2倍 。 剪力墙约束边缘构件： （1）墙肢底部加强部位约束边缘构件沿墙肢的长度 : （2）纵向钢筋配筋范围沿墙肢方向的高度 : （3） （3）构造边缘构件： 剪力墙的配筋形式 剪力墙配筋：端部纵筋As、竖向分布筋Asw和水平分布筋Asv。 6.7 构造要求 一开洞剪力墙的破坏形态 连梁的刚度及抗弯承载力 大大小于墙肢的刚度和抗弯承 载力，且连梁具有足够的延性 时，塑性铰先在连梁端部出现 ，待墙肢底部出现塑性铰后， 才能形成图示机构破坏。 当连梁的刚度及承载力 很大时，连梁不会屈服， 这时开洞墙与整体悬臂墙 类似，底层出现塑性铰破 坏。只要墙肢不过早剪坏 ，这种破坏仍然属于有延 性的弯曲破坏。 当连梁的抗剪承载力很 小、首先剪切破坏时，会 使墙肢失去约束而形成单 独墙。只要墙肢塑性铰具 有延性，这种破坏也属于 延性的弯曲破坏。 当连梁刚度和屈服弯矩较 大时，墙肢出现剪切破坏，是 一种脆性破坏。 在水平荷载下墙肢内的轴 力很大，造成两个墙肢轴力相 差悬殊，在受拉墙肢出现水平 裂缝或屈服以后，塑性内力重 分布的结果会使受压墙肢承担 大部分剪力，如果设计时未充 分考虑这一因素，将会造成该 墙肢过早剪坏，延性减小。 二延性剪力墙设计原则 （1）强墙弱梁 （2）强剪弱弯 （3）限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件 （4）加强重点部位 （5）连梁特殊措施 三控制截面 n墙底截面; n墙厚改变处； n墙混凝土强度改变处； n墙配筋量改变处 剪力墙的配筋形式 剪力墙配筋：端部纵筋As、竖向分布筋Asw和水平分布筋Asv。 x N e e fcbwx fyAs fyAs 1.5x 剪力墙的正截面承载力设计 大偏压承载力计算 As Asw As 横截面 fywAsw(hw0-1.5x)/hw0 横截面应变分布 受力图 范围围内的竖竖向分布筋。 bw 端部受拉纵纵筋应应力 达到屈服，竖竖向分布 筋直径较较小，受压时压时 不能考虑虑其作用；在 拉区，靠近中和轴时轴时 竖竖向分布筋应应力也较较 低，只考虑虑 承载力 其中 弯矩设计值的取值： 一级抗震等级的剪力墙，应控 制塑性铰出现部位，对一级抗震等 级的剪力墙的设计弯矩包络线作了 近似的规定： 1. 底部加强部位及其上一层应按墙 底截面组合弯矩计算值采用; 2. 其他部位可按墙肢组合弯矩计算 值的1.2倍采用。 101 ) 配筋 113 ） 五剪力墙斜截面承载力计算 （1）剪切破坏形态 1）剪拉破坏 2）剪压破坏 3）斜压破坏 4）剪切滑移破坏 五. 剪力墙的斜截面承载力设计 包括：偏心受压或偏心受拉构件的斜截面承载力计算 （1）斜截面破坏形态 剪力墙中斜裂缝有两种情况：一是弯剪斜裂缝，斜裂缝先 是由弯曲受拉边缘出现水平裂缝，然后斜向发展形成斜裂缝； 二是腹剪斜裂缝，腹板中部主拉应力超过混凝土的抗拉强度后 开裂，然后裂缝斜向向构件边缘发展。 斜裂缝出现后墙肢的剪切破坏形式 剪拉破坏 剪跨比较大，当抗剪的分布钢筋不足时，斜裂缝一旦出现 ，很快就形成一条主斜裂缝，混凝土沿斜裂缝劈裂而丧失承载 力。 剪压破坏 当腹筋配置合适时，腹筋可以抵抗斜裂缝的开展。随着斜 裂缝的进一步扩大，混凝土受剪区域逐渐减小，最后在压、剪 应力的共同作用下剪压区混凝土压碎。剪力墙的水平分布筋的 计算主要依据这种破坏形式。 斜压破坏 剪力墙截面过小或混凝土等级过低时，即使在墙肢中配置 了过多的腹筋，当腹筋应力还没有充分发挥作用时，斜裂缝将 墙肢分割成许多斜的受压柱体，混凝土被压碎而破坏。斜压破 坏发生在截面尺寸小、剪压比过大的墙肢。为防止斜压破坏， 墙肢截面尺寸不应过小，应限制截面的剪压比。 剪切滑移破坏 当截面上的剪应力过高，即使配置了许多分布钢筋，但是 在它们未充分发挥作用前，混凝土就被挤压破碎了，特别是在 水平剪力反复作用下，交叉斜裂缝容易使腹板混凝土破碎。 （2）剪力设计值的的调整 一、二、三级抗震等级剪力墙底部加强部位都 可用调整系数增大其剪力设计值，四级抗震等级 及无地震作用组合时可不调整。 式中，V考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加 强部位截面的剪力设计值； Vw考虑地震作用组合的剪力墙墙肢加强部 位截面的剪力计算值； vw剪力增大系数，一级1.6，二级1.4，三级 1.2 （3）受剪承载力计算方法 通过构造措施防止发生剪拉破坏或斜压破坏，通过计 算确定墙中水平钢筋截面面积，防止发生剪压破坏。 1）偏压剪力墙斜截面受剪承载力计算公式 无地震作用组合时： 有地震作用组合时： 式中，N剪力墙的轴向压力设计值，抗震设计时，应考虑地震作用效 应组合；当N大于0.2fcbwhw时，应取0.2fcbwhw； A剪力墙截面面积； AwT形或I形截面剪力墙腹板的面积，矩形截面时应取A； 计算截面处的剪跨比；计算时，当小于1.5时，取1.5；当大 于2.2取2.2；当计算截面与墙底之间的距离小于0.5hw0时，按距墙底0.5hw0 处的弯矩值与剪力值计算； s剪力墙水平分布钢筋的间距。 2）偏拉剪力墙斜截面受剪承载力计算公式 无地震作用组合时 上式右端的计算值小于 时，取等于 。 有地震作用组合时 上式右端方括号内的计算值小于 时，取等于 。 3）水平施工缝处受剪承载力验算方法 当N为轴向压力时 当N为轴向拉力时 式中，Vwj水平施工缝处的剪力设计值； N水平施工缝处考虑地震作用组合的轴向力设计 值； As剪力墙水平施工缝处全部竖向钢筋的截面面积 （包括腹板内的竖向分布钢筋、附加竖向插筋以及端部暗 柱和翼柱内竖向钢筋的截面面积）。 六. 连梁截面设计 当联肢剪力墙中某几层连梁 的弯矩设计值超过其最大受弯承 载力时，可降低这些部位的连梁 弯矩设计值，并将其余部位的连 梁弯矩设计值相应提高，以满足 平衡条件。 经调整的连梁弯矩设计值， 可均取为最大弯矩连梁调整前弯 矩设计值的80。 （二）斜截面受剪承载力设计 126） 127） 六. 墙肢构造要求 （1）混凝土强度等级 不低于C20 （2）最小截面尺寸 墙肢的截面尺寸应满足承载力的要求，最小墙厚要求和剪 压比限值的要求。 （3）分布钢筋 墙肢应配置竖向和横向分布钢筋，分布钢筋的作用：抗 剪、抗弯、减少收缩裂缝。 （4）轴压比限值 与柱相同，轴压比是影响墙肢抗震性能的主要因素之一 ，轴压比大于一定值后，延性很小或没有延性。 （5）边缘构件 剪力墙截面两端设置边缘构件是提高墙肢端部混凝土极 限压应变、改善剪力墙延