建筑行业培训资料短肢墙结构的分析和设计.ppt

短肢墙结构的分析和设计 编写：黄吉锋 中国建筑科学研究院软件所 主要内容目录 q“短肢墙”的基本定义 q“短肢剪力墙结构”的界定 q短肢剪力墙结构的受力特点及变形特征 q短肢剪力墙结构的应用范围 q短肢剪力墙结构的抗震加强 q利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 q带转换层的短肢墙结构的设计 “短肢墙”的基本定义 q单肢截面 普通柱：1h/b3 弱短肢剪力墙：38 3 5 8 12 “短肢墙”的基本定义 q多肢截面(2肢或2肢以上) 异形柱：各肢均满足 1h/b3 弱短肢剪力墙：各肢均满足 1h/b5，至少有1肢应 该满足 38，其余各肢长宽 比不限 “短肢墙”的基本定义 3-3 3-3 2-3-3 异型柱 3-5 3-4 弱短肢墙 3-11-2 普通墙 3-7 6-7 短肢墙 “短肢墙”的基本定义 pkpm “短肢墙” 判断规则：与某片“直线墙”的关 联肢数不超过2肢(含自身)，且每肢均满足5 h/b 8，则该片“直线墙”判断为短肢墙。 以下三条满足其一，一般即可认为结构中 “短肢 墙较多”，结构类型属于“短肢墙结构” 短肢墙倾覆弯矩占结构总倾覆弯矩的40%以上; 对于多层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面 面积占全部楼面面积的60%以上 ； 对于高层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面 面积占全部楼面面积的50%以上 ； 抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振 型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震 倾覆力矩的50%；所以：“短肢墙结构”中短肢墙 倾覆力矩的范围一般为40%-50% “短肢剪力墙结构”的界定 q结构中短肢墙不宜太多 高规第7.1.2条规定了高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的 剪力墙结构。 抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜大 于结构总底部地震倾覆力矩的50%； 对于多层短肢剪力墙结构，各层短肢剪力墙的总截面面积不宜 超过本层总剪力墙截面面积的2/3。(北京市规定) 短肢墙太多的结构，抗震性能缺乏保障 q剪力墙结构中短肢墙数量较少时,仍应界定为“普通剪力墙结构 ” 短肢墙较少时，整个结构的抗震性能仍然近于普通剪力墙结构 “普通剪力墙结构”中的短肢墙的轴压比,宜按照“短肢剪力墙 结构”中的短肢墙的轴压比限值从严控制。 “短肢剪力墙结构”的界定 q适宜的“短肢墙结构”的抗侧力布局 在“短肢墙结构”中，应布置筒体或普通墙，形成短肢墙与筒体 （或普通墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。 短肢墙结构的抗侧力体系 = 短肢墙 + 普通墙(或筒体) 短肢墙结构中的短肢墙与普通墙(或筒体)的数量应满足合适比 例关系；短肢墙数量有一定的上下限控制； 典型的力学指标：短肢墙倾覆弯矩范围 40%-50%，筒体或普通 剪力墙的倾覆弯矩不低于50%。 “短肢剪力墙结构”的界定 短肢剪力墙结构的受力特点及变形特征 对于1216层的小高层建筑结构，既可以保证结构的刚度，容 易控制位移，又可以使室内空间方正合理。这是短肢剪力墙结 构得以普遍应用的主要原因。 短肢剪力墙结构的受力、变形特征，界于框剪结构和普通剪力 墙结构之间。在截面积相等的前提下，由于短肢墙的刚度大于 框架柱小于普通墙，这使得短肢剪力墙结构的刚度分布比框剪 结构更均匀，从而也使水平力（地震作用，风荷载）和竖向力 （恒、活）在构件间的分配更均匀。 短肢墙分配的水平剪力比例高于框剪结构中的框架柱。 短肢墙分配的竖向轴力比例通常也大于框剪结构中的框架柱。 剪力墙结构 短肢墙结构 框剪结构 框架结构 短肢剪力墙结构的变形特征：侧移曲线 高规第7.1.3条规定了b级高度高层建筑和9度 抗震设计的a级高度高层建筑，不应采用第7.1.2 条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构 其最大适用高度比高规表4.2.2-1中剪力墙结 构的规定值适当降低，且7度和8度抗震设计时分 别不应大于100m和60m 短肢剪力墙结构的应用范围 抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2 规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用；（延性等 级提高） 抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作 用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、 二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘 或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降 低0.1；（延性指标：提高滞回环饱满度） 抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调 整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计 值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和 1.2；（延性指标：强剪弱弯调整） 短肢剪力墙结构的抗震加强 抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的 配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位 不宜小于1.0%； 短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm； 7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。 一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交 的楼面梁。 高规7.2.1条文规定了带有筒体和短肢剪力墙的 剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于c25。 短肢剪力墙结构的抗震加强 “一字型”弱短肢剪力墙（3h/b5） 高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚 度之比小于为5的矩形截面独立剪力墙；当其小于5时 ，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴 压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二 级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。 截面高厚比不大于3的墙肢（实际就是柱,1h/b3） 高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定剪力墙 的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行 设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2% ，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。 短肢剪力墙结构的抗震加强 短肢剪力墙结构的抗震加强 二道防线调整：任一层短肢剪力墙所承受的水平 剪力不应小于基底剪力的20% ；（北京市规定） 针对高规提出的“短肢墙结构”的概念，pkpm软 件也增加了相应的功能，以体现短肢墙结构的设计要 求。设计人员在使用软件时，应注意以下几点： 首先要按照前面介绍的短肢墙结构的界定方法，判断 结构布置是否符合短肢墙结构的特定条件，若符合， 就在软件“总信息”参数的“结构体系”选项里，指 定结构为“短肢剪力墙结构”；若不符合，则指定结 构为“剪力墙结构”。 对于“短肢剪力墙结构”中的短肢墙，在设计时，软 件自动将其“抗震等级”提高一级；(普通剪力墙结构 中短肢墙的抗震等级，软件不会自动提高） 利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 对于短肢剪力墙结构中的位于非加强区的短肢墙，软 件将自动对其剪力设计值乘以高规(7.1.2-5)规定的增 大系数。（一、二级抗震分别乘以增大系数1.4和1.2 ） 短肢剪力墙结构中的位于加强区的短肢墙，软件将自 动对其剪力设计值乘以高规(7.2.10)规定的增大系数 。（一、二、三级抗震分别乘以增大系数1.6,1.4和 1.2） 对于短肢墙结构，软件会分别统计短肢墙和普通墙的 地震倾覆力矩并进行输出，设计人员应关注此项数据 ，以判断结构中筒体和一般剪力墙所占的倾覆力矩百 分比是否满足大于50%的要求；若不满足要求，应适当 增设普通墙、减少短肢墙。 利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 文件输出：短肢墙所占倾覆弯矩的比例 satwe输出文件：wv02q.out pmsap输出文件：简单摘要（工程名.rpt）； 详细摘要（工程名.abs）； 计算书（工程名.jss）； 三个文件中均有输出 利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 文件输出：短肢墙所占倾覆弯矩的比例 查看地上一层的 倾覆力矩百分比 即可 利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 短肢墙结构中短肢墙的轴压比，软件执行高规(7.1.2 -4)条的要求：抗震等级为一、二、三时分别取限值 0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力 墙，其轴压比限值相应降低0.1； （注：对短肢墙结构中的普通墙、普通墙结构中的所 有墙，软件执行高规(7.2.14)的加强区轴压比要求， 但建议设计人员对普通墙结构中的所有短肢墙，仍参 照(7.1.2-4)条从严控制其轴压比） 利用pkpm软件进行短肢墙结构设计 软件自动执行高规(7.2.6)条的规定，对一级抗震 的剪力墙各截面的弯矩设计值，自动实现下面两条 ： 底部加强部位及其上一层按墙底截面组合弯矩计 算值采用； 其他部位按墙肢组合弯矩计算值的1.2倍采用。 软件自动执行高规(7.1.2-6)条的规定,抗震设计时 ， 短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部 加强部位不小于1.2%，其它部位不小于1.0%； 带转换层的短肢墙结构的设计 结构基本特点：核心筒落地，核心筒外围的短肢墙 自上而下至转换层处中断，由 (转换梁框支柱) 系 统承托。示意图如下： 短肢墙 转换梁 框支柱 核心筒 短肢墙 带转换层的短肢墙结构的设计 转换层及以下平面(计3层)转换层以上平面(计11层) 工程实例：共14层，转换层在第三层，转换层以上11层为短肢墙结构 带转换层的短肢墙结构的设计 设计步骤1：判断短肢墙在转换层以上楼层中的相对数量比例 利用pkpm软件，先强制指定结构类型为“短肢墙结构”，计算 出短肢墙在转换层以上楼层中所占的倾覆弯矩百分比r。（比如 转换层在第三层，则需要取用程序输出的第四层的短肢墙倾覆 弯矩百分比，而不能取用地上一层的短肢墙倾覆弯矩百分比） 如果r大于50%，说明短肢墙太多，属不宜采用的抗侧力体系 ， 应调整抗侧力构件布置方案，适当减少短肢墙，增设普通墙 ， 或加强核心筒。 如果r位于40%-50%之间，结构属于带转换层的短肢墙结构 如果r小于40%，结构属于普通框支剪力墙结构(复杂高层) 带转换层的短肢墙结构的设计 设计步骤2：当结构属于普通框支剪力墙结构时 在软件“总信息”参数的“结构体系”选项里，指定结构为“ 复杂高层结构”（satwe）或者指定结构为“框支剪力墙结构 ”，并同时勾选结构为“复杂高层” (pmsap)。 正确定义转换 层层号、转换梁和框支柱。整个结构以此为前提进行设计。 结构中的所有短肢墙，宜参照高规(7.1.2-4)条从严控制其轴压 比（软件不会自动考虑，需要设计人员自己把握） 带转换层的短肢墙结构的设计 设计步骤3：当结构属于带转换层的短肢墙结构时 分两次计算 （一次计算）在软件“总信息”参数的“结构体系”选项里， 指定结构为“复杂高层结构”（satwe）或者指定结构为“框 支剪力墙结构”，并同时勾选结构为“复杂高层” (pmsap)。 正确定义转换层层号、转换梁和框支柱。转换层及以下楼层的所 有构件设计结果，以及位于转换层以上的、剪力墙底部加强区的 、普通剪力墙的设计结果，都以本次计算为准。 （二次计算）在软件“总信息”参数的“结构体系”选项里， 指定结构为“短肢墙结构”。转换层以上楼层的构件设计结果， 除了位于转换层以上的、剪力墙底部加强区的、普通剪力墙的设 计结果，都以本次计算为准。 带转换层的短肢墙结构的设计 短肢墙 转换梁 框支柱 核心筒 红线以 下按复 杂高层 设计 红线以 上按短 肢墙结 构设计 带转换层的短肢墙结构的设计