06剪力墙结构设计.ppt

,专题二剪力墙结构设计,高层建筑混凝土结构设计,概念,剪力墙结构是指纵横向的主要承重结构均为结构墙的结构。 结构墙在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而在墙身平面外的刚度却很小，一般可忽略不计。 建筑物大部分水平作用或水平剪力通常被分配到结构墙上，这就是剪力墙名称的由来。,钢筋馄凝土剪力墙的设计要求是:,在正常使用荷载及小震(或风载)作用下，结构应处于弹性工作阶段; 在中等强度地震作用下(设防烈度)，允许进人弹塑性状态，但裂缝宽度不能过大，应具有足够的承载能力、延性及良好吸收地震能量的能力; 在强烈地震作用(罕遇烈度)下，剪力墙不允许倒塌。此外还应保证剪力墙结构的稳定。,延性剪力墙,(1)控制墙段的高宽比 (2)在基底加强部位设置塑性铰； (3)控制轴压比； (4)设置边缘构件,延性剪力墙,(1)控制墙段的高宽比 在轴向压力和水平力的作用下，实体悬臂墙破坏形态可以归纳为弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏几种形态， 弯曲破坏又分为大偏压破坏和小偏压破坏， 大偏压破坏是具有延性的破坏形态， 小偏压破坏的延性很小，而剪切破坏是脆性的，矮墙经常出现剪切破坏。,延性剪力墙设计,要设计成“延性剪力墙”就是要把剪力墙的破坏形态控制在弯曲破坏和大偏压破坏范围内。 细高的抗震墙(高宽比大于3)容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。 当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于3的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙或整体墙(图)。 洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁。 弱连梁是指连梁刚度小、约束弯矩很小的连梁(其跨高比宜大于6)，目的是设置了刚度和承载力比较小的连梁后，地震作用下连梁有可能先开裂、屈服，使墙段成为抗震单元。这是由于连梁对墙肢内力的影响可以忽略，才可近似认为长墙分成了以弯曲变形为主的独立墙段。,墙肢的平面长度要求,墙肢的平面长度(即墙肢截面高度)不宜大于8m。剪力墙结构的一个结构单元中，当有少量长度大于8m的大墙肢时，计算中楼层剪力主要由这些大墙肢承受，其他小的墙肢承受的剪力很小。一旦地震，尤其超烈度地震时，大墙肢容易首先遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，使整个结构可能形成各个击破，这是极不利的。 当墙肢长度超过8m时，应采用施工时墙上留洞，完工时砌填充墙的结构洞方法，把长墙肢分成短墙肢。,长墙肢留结构洞,(2)在基底加强部位设置塑性铰,大震时悬臂剪力墙上出现的塑性铰必然会吸收大量的地震能量，缓和地震作用。 在简化计算中悬臂剪力墙是按静定结构计算的，实际上在横向是有多余约束的，故能允 许出现塑性铰，但只能出现一个塑性铰。塑性铰的位置可以通过配筋设计来加以控制。如果 按设计弯矩图配筋，弯曲屈服就可能沿墙任何高度发生。为保证墙的延性，就要在整个墙高 采取较严格的构造措施，这是很不经济的。 所以要对塑性铰出现的位置进行控制。,在水平荷载作用下，悬臂抗震墙的弯矩和剪力最大值均在基底部位，一般情况下塑性铰通常在底部截面出现。塑性铰区局限在底部截面以上hw高度范围内，故将这部分设置成底部加强区(图)。 要使悬臂抗震墙具有延性，则要防止抗震墙出现剪切破坏和锚固破坏，充分发挥弯曲作用下的钢筋抗拉作用，使抗震墙的塑性铰具有很好延性。在塑性铰区必须按照“强剪弱弯”的设计原则，用截面达到屈服时的剪力进行截面抗剪验算，以保证在塑性铰出现之前，墙肢不剪坏。,塑性铰区位于墙肢的底部加强部位,(3)控制轴压比,(4)设置边缘构件,双肢墙问题,剪力墙经过门窗口分割之后，形成了联肢墙。洞口上下之间的部位称为连梁，洞口左右之间的部位称为墙肢，两个墙肢的联肢墙称为双肢墙。 墙肢是联肢墙的要害部位，双肢墙在水平地震力作用下，一肢处于压、弯、剪，而另一肢处于拉、弯、剪的复杂受力状态。 墙肢的高宽比也不会太大，容易形成受剪破坏，延性要差一些。联肢墙的设计应该把连梁放在抗震第一道防线，在连梁屈服之前，不让墙肢破坏。而连梁本身还要保证能做到受剪承载力高于弯曲承载力， 概括起来就是“强肢弱梁”和“强剪弱弯。”,开洞剪力墙的抗震设计，重点是“大震不倒”，考虑结构的抗震耗能间题，为此要处理好设计中的三个基本原则。 预计的弹性区要强、塑性区要弱， 墙肢要强、连梁要弱， 抗剪强度要强、抗弯强度要弱。 其中，连梁的设计是设计延性剪力墙的关键，而墙肢的安全是结构裂而不倒的重要保证。 抗剪强度要强、抗弯强度要弱，即所谓“强剪弱弯”原则。这一原则既应体现在整体的开洞剪力墙的设计中，又要体现在连梁、墙肢各局部构件的设计上。 进行抗震设计，认真做到“强剪弱弯”、“弹性区要 强、塑性区要弱”的设计原则，就能做到保证墙肢安全，结构会继续承载，直至墙肢截面屈服。,连梁先屈服,当连梁先于墙肢屈服，且连梁具有足够的延性，待墙肢底部出铰以后，形成如图a所示的机构。数量众多的连梁端部塑性铰既可较多地吸收地震能量，又能继续传递弯矩与剪力;而且对墙肢形成约束弯矩，使其保持足够的刚度和承载力。墙肢底部的塑性铰也具有延性，这样的联肢剪力墙延性最好。,建筑抗震设计规范,6. 2. 7抗震墙各墙肢截面组合的内力设计值，应按下列规定采用: 3双肢抗震墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉;当任一墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值应乘以增大系数1.250 6. 2. 7条文说明 当抗震墙的墙肢在多遇地震下出现小偏心受拉时，在设防地震、罕遇地震下的抗震能力可能大大丧失;而且，即使多遇地震下为偏压的墙肢而设防地震下转为偏拉，则其抗震能力有实质性的改变，也需要采取相应的加强措施。 双肢杭震墙的某个墙肢为偏心受拉时，一旦出现全截面受拉开裂，则其刚度退化严重，大部分地震作用将转移到受压墙肢，因此，受压肢需适当增大弯矩和剪力设计值以提高承载能力。注意到地震是往复的作用，实际上双肢墙的两个墙肢，都可能要按增大后的内力配筋。,墙肢的抗震设计,1.强剪弱弯 2.加强墙底塑性铰区 3.限制轴压比 4.设置边缘构件 5.控制墙肢截面尺寸 6.配置分布钢筋,1.强剪弱弯,为避免脆性的剪切破坏，应按照“强剪弱弯”的要求设计抗震墙墙肢。建筑抗震设计规范采用的方法是将抗震墙底部加强部位的剪力设计值增大，以防止墙底塑性铰区在弯曲破坏前发生剪切脆性破坏。,采用增大的剪力设计值计算抗剪配筋可以使设计的受剪承载力大于受弯承载力，达到受弯钢筋首先屈服的目的; 但是抗震墙对剪切变形比较敏感，多数情况下抗震墙底部都会出现斜裂缝，当钢筋屈服形成塑性铰区以后，还可能出现剪切滑移破坏、弯曲屈服后的剪切破坏，也可能出现抗震墙平面外的错断而破坏。因此，抗震墙要做到完全的强剪弱弯，除了适当提高底部加强部位的抗剪承载力外，还需要考虑本节讨论的其他加强措施。,2.加强墙底塑性铰区,抗震墙一般都在底部弯矩最大，底截面可能出现塑性铰，底截面钢筋屈服以后由于钢筋和混凝土的粘结力破坏钢筋屈服范围扩大而形成塑性铰区。塑性铰区也是剪力最大的部位，斜裂缝常常在这个部位出现，且分布在一定范围，反复荷载作用就形成交叉斜裂缝，可能出现剪切破坏。在塑性铰区要采取加强措施，称为抗震墙的底部加强部位。 由试验可知，一般情况下塑性铰发展高度为墙底截面以上墙肢高度hw，的范围。为安全起见，设计抗震墙时将加强部位适当扩大。因此建筑抗震设计规范规定，抗震墙底部加强部位的范围应符合下列规定:,6.1.10抗震墙底部加强部位的范围，应符合下列规定: 1底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起。 2部分框支抗震墙结构的抗震墙，其底部加强部位的高度，可取框支层加框支层以上两层的高度及落地抗震墙总高度的1/10二者的较大值;其他结构的抗震墙，房屋高度 大于24 m时，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; 房屋高度不大于24 m时，底部加强部位可取底部一层。 3当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。 6.1.10条文说明 延性抗震墙一般控制在其底部即计算嵌固端以上一定高度范围内屈服、出现塑性铰。 设计时，将墙体底部可能出现塑性铰的高度范围作为底部加强部位，提高其受剪承载力，加强其抗震构造措施，使其具有大的弹塑性变形能力，从而提高整个结构的抗地震倒塌能力。,3.限制轴压比,为了保证抗震墙的延性，避免截面上的受压区高度过大而出现小偏压情况，应当控制抗震墙加强区截面的相对受压区高度，抗震墙截面受压区高度与截面形状有关，实际工程中抗震墙截面复杂，会增加设计时计算受压区高度的困难。 为此，建筑抗震设计规范采用了简化方法，要求限制截面的平均轴压比。,建筑抗震设计规范规定:,6. 4. 2一、二、三级抗震墙在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比，一级时，9度不宜 大于0. 4, 7, 8度不宜大于0. 5;二、三级时不宜大于0. 60 注:墙肢轴压比指墙的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。,4.设置边缘构件,(1)剪力墙翼缘的有效宽度 实际上，纵墙与横墙在相交处位移必须连续，在侧向荷载作用下，纵墙与横墙是共同工作的。因此在计算横墙受力时，要把纵墙的一部分作为翼缘考虑;而在计算纵墙受力时，要把横墙的一部分作为翼缘考虑。,试验表明，抗震墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力，与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件的范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置，以及截面形状、截面轴压比等因素有关，而墙肢的轴压比是更重要的影响因素。 当轴压比较小时，即使在墙端部不设约束边缘构件，抗震墙也具有较好的延性和耗能能力;而当轴压比超过一定值时，不设约束边缘构件的抗震墙，其延性和耗能能力降低。 因此，建筑抗震设计规范提出了根据不同的轴压比采用不同边缘构件的规定。,(2)两类边缘构件,建筑抗震设计规范规定，抗震墙的墙肢两端应设置边缘构件，抗震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、改善抗震墙延性的重要措施。 边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。 约束边缘构件是指用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙，其箍筋较多，对混凝土的约束较强; 构造边缘构件的箍筋较少，对混凝土约束较差或没有约束。,约束边缘构件采取了4项规定:,1)约束边缘构件的形式。 2)约束边缘构件的高度。 3)约束边缘构件沿墙肢的长度l。 4)约束边缘构件的配筋。 约束边缘构件的主要措施是加大边缘构件的长度lc以及及其体积配箍率，体积配箍率由配箍特征值计算。配箍特征值、表示箍筋对混凝土的约束程度，既考虑了体积配箍率，又考虑了箍筋的屈服强度和混凝土的强度。 约束边缘构件中的纵向钢筋宜采用HRB335或HRB400钢筋。,5.控制墙肢截面尺寸,(1)抗震墙截面的最小厚度 墙肢截面厚度，除了应满足承载力的要求外，还要满足稳定和避免过早出现剪切斜裂缝的要求。 通常把稳定要求的厚度称为最小厚度，通过构造要求确定。在实际结构中，楼板是抗震墙的侧向支承，可防止抗震墙由于侧向变形而失稳，与抗震墙平面外相交的抗震墙也是侧向支承，也可防止抗震墙平面外失稳。因此，一般来说，抗震墙的最小厚度由楼层高度控制。,建筑抗震设计规范规定,6. 4. 1抗震墙的厚度， 一，二级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20, 三、四级不应小于140mm且不宜小于层高或无支长度的1/25; 无端柱或翼墙时，一、二级不宜小于层高或无支长度的1/16，三、四级不宜小于层高或无支长度的1/200 底部加强部位的墙厚，一、二级不应小于200mm且不宜小于层高或无支长度的1/16，三、四级不应小于160mm且不宜小于层高或无支长度的1/20;无端柱或翼墙时，一、二级不宜小于层高或无支长度的1/12，三、四级不宜小于层高或无支长度的1/16。,无支长度是指沿剪力墙长度方向设有平面外横向支承墙的长度。 无端柱或翼墙的定义建筑抗震设计规范第6. 4. 1条的条文说明有交待，即为“无端柱或翼墙是指墙的两端(不包括洞口两侧)为一字形的矩形截面”。,(2)高宽比限制,抗震墙结构若内纵墙很长，且连梁的跨高比小、刚度大，则墙的整体性好，在水平地震作用下，墙的剪切变形较大，墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度。 在抗震设计中抗震墙结构应具有足够的延性，细高的抗震墙(高宽比大于3)容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于3的 要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙或整体墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁，即指刚度小、约束弯矩很小的连梁(其跨高比宜大于6)。,设置刚度和承载力比较小的连梁的目的是在地震作用下连梁有可能先开裂、屈服，使墙段成为抗震单元，因为连梁对墙肢内力的影响可以忽略，可近似认为长墙分成了以弯曲变形为主的若干独立墙段。 此外，墙段长度较小时，受弯产生的裂缝宽度较小;墙体的配筋能够较充分地发挥作 用。因此墙段的长度(即墙段截面高度)不宜大于8m。,建筑抗震设计规范第6. 1. 9条 规定,6. 1. 9抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求: 1抗震墙的两端(不包括洞口两侧)宜设置端柱或与另一方向的抗震墙相连。 2较长的抗震墙宜设置跨高比大于6的连梁形成洞口，将一道抗震墙分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于3。 3墙肢的长度沿结构全高不宜有突变;抗震墙有较大洞口时，以及一、二级抗震墙的底部加强部位，洞口宜上下对齐。,(3)剪压比限制,墙肢截面的剪压比是截面的平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值。 试验表明，墙肢的剪压比超过一定值时，将较早出现斜裂缝，增加横向钢筋并不能有效提高其受剪承载力，很可能在横向钢筋未屈服的情况下，墙肢混凝土发生斜压破坏，或发生受弯钢筋屈服后的剪切破坏。 为了避免这些破坏，应限制墙肢剪压比，剪跨比较小的墙(矮墙)，限制要更加严格。限制剪压比实际上是要求抗震墙墙肢的截面达到一定厚度。,建筑抗震设计规范规定:,6.配置分布钢筋,墙肢应配置竖向和横向分布钢筋，分布钢筋的作用是多方面的:抗剪、抗弯、减少收缩裂缝等。 如果竖向分布钢筋过少，墙肢端部的纵向受力钢筋屈服以后，裂缝将迅速开展，裂缝的长度大且宽度也大;如果横向分布钢筋过少，斜裂缝一旦出现，就会迅速发展成一条主要斜裂缝，抗震墙将沿斜裂缝被剪坏。因此，墙肢的竖向和横向分布钢筋的最小配筋率是根据限制裂缝开展的要求确定的。,7.加强墙肢平面外抗弯能力,抗震墙的平面外受力是来自与抗震墙垂直相交的楼面梁，抗震墙平面外刚度及承载力相对很小，当抗震墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙肢的平面外的刚度及承载力。因此，当抗震墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取措施减小梁端部弯矩对墙的不利影响。,建筑抗震设计规范规定:,6. 5. 3楼面梁与抗震墙平面外连接时，不宜支承在洞口连梁上;沿梁轴线方向宜设置与 梁连接的抗震墙，梁的纵筋应锚固在墙内;也可在支承梁的位置设置扶壁柱或暗柱，并应按计算确定其截面尺寸和配筋。,连梁,1.连梁受力与变形特点 连梁是联肢墙中连接各墙肢协同工作的关键部件，连梁的设计要求是: 1)在小震和风荷载作用的正常使用状态下，它起着联系墙肢、加大抗震墙刚度的作用。 2)在中震下它是联肢抗震墙的第一道防线，塑性铰就发生在它的两端。应按“强剪弱弯”的原则控制连梁的破坏形态，使连梁二端出现弯曲屈服的塑性铰，耗散地震能量;应按“强墙肢弱连梁”的原则使连梁的屈服先于墙肢发生，使联肢墙形成理想的多铰机构，具有较大的延性。,连梁与普通梁在截面尺寸和受力变形等方面有所不同。连梁通常是跨度小而梁高大(接近深梁)，其竖向荷载产生的弯矩和剪力不大，而在水平荷载下与墙肢相互作用产生的约束弯矩与剪力较大，且约束弯矩在梁两端呈同时针方向。如图所示，这种反弯作用使梁产生很大的剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝。在反复荷载作用下，连梁易形成交叉斜裂缝使混凝土酥裂，延性较差。,连梁降低弯矩后进行配筋可以使连梁抗弯承载力降低，较早地出现塑性铰，并且可以降低梁中的平均剪应力，改善其延性。连梁弯矩降低得愈多、就愈早出现塑性铰，塑性转动也会愈大，对连梁的延性要求就愈高。所以，连梁的弯矩调幅要适当，并应注意连梁在正常使用荷载作用下，钢筋不能屈服。 上述破坏形态是针对跨高比较小的连梁。当跨高比大于2. 5时，连梁的破坏形态以弯曲破坏为主;当跨高比大于5时，连梁的力学性能与框架梁一样。因此，对跨高比大于5的连梁，其设计方法与框架梁相同。,2.连梁的抗震设计,(1)按强剪弱弯设计，尽量避免剪切破坏； (2)控制连梁截面尺寸，避免过早剪切破坏 试验表明，在普通配筋的连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主要措施是控制连梁的剪压比，其次是多配一些箍筋。剪压比是主要因素，箍筋的作用是限制裂缝开展，推迟混凝土的破碎，推迟连梁破坏。因此，建筑抗震设计规范对连梁的截面尺寸提出了剪压比的限制要求，对小跨高比的连梁限制更加严格。,3.连梁内力的调整,抗震墙在水平荷载作用下，其连梁内通常产生很大的剪力和弯矩。由于连梁的宽度往往较小(通常与墙厚相同)，这使得连梁的截面尺寸和配筋往往难以满足设计要求，即存在连梁截面尺寸不能满足剪压比限值、纵向受拉钢筋超筋，不满足斜截面受剪承载力要求等问题。若加大连梁截面尺寸，则因连梁刚度的增加而导致其内力也增加。,建筑抗震设计规范规定，当连梁不满足剪压比限制的要求时，可采用下列方法处理: 1)减小连梁截面高度。 2)抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。但在6, 2. 13 钢筋混凝土结构抗震计算时，尚应符合下列要求: 抗震墙地震内力计算时，连梁的刚度可折减，折减系数不宜小于0.50 2)在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值直接乘以折减系数。高层建筑混凝土结构技术规程对此有详细规定。,开缝连梁,为了加大连梁跨高比，又能较好地起到在墙肢间传递剪力和弯矩的作用，可以在连梁中间预留一道水平缝，形成开缝连梁。 如图所示，图中的梁在截面中间形成薄弱部分，大变形时，此处开裂形成水平缝，分割为两根梁，这种梁也可称为双功能连梁。试验证明，由于跨高比加大，减小了剪切变形影响，可在连梁中进行调幅，降低连梁弯矩，以有效地防止剪切斜拉破坏，增加延性。,截面设计要点及构造要求,一、截面设计,墙肢,正截面承载力 斜截面承载力,连梁,正截面承载力 斜截面承载力,（1）墙肢的配筋形式,1.墙肢,59,(1)剪力墙的边缘构件构造要求（即剪力墙端部的暗柱、翼柱或端柱） 一般情况下，剪力墙边缘构件的位置见下图。将计算所得的纵筋及按构造要求给出的箍筋设在阴影范围内。,构造,二、构造要求,1.墙肢配筋构造要求,60,特殊情况下，剪力墙的边缘构件应加强。加强后的剪力墙边缘构件称为约束边缘构件。 特殊情况是指:一、二级剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部。将计算所得的纵筋及按构造要求给出的箍筋设在下图所示的阴影范围内，同时要求lc范围内设置拉筋或箍筋。,61,约束边缘构件内的箍筋用量应按体积配箍率v确定，其算式为,62,说明：表中红框内为约束边缘构件的配筋构造要求。,剪力墙约束边缘构件的配筋构造要求,63,(2)剪力墙分布钢筋（包括竖向和水平分布钢筋）,1）剪力墙分布钢筋最小配筋率(见下表),剪力墙分布钢筋是沿剪力墙腹板均匀设置的钢筋，包括竖向和水平两个方向的分布钢筋。竖向分布钢筋可与剪力墙端部的纵向受拉钢筋共同抵抗弯矩，水平分布钢筋主要用于抵抗剪力。同时，竖向和水平分布钢筋的存在，可提高剪力墙的延性，防止脆性破坏，抑制温度缝的产生和发展。,64,2）分布钢筋的排数,3）分布钢筋的搭接长度,非抗震设计时1.2la,抗震设计时1.2laE,一、二级时laE=1.15la,三级时laE=1.05la,四级时laE=1.0la,一、二级剪力墙的加强部位接头应错开， 其余可在同一截面搭接。,65,4）水平分布钢筋在端部的锚固,（a）暗柱 （b）翼柱 （c）端柱,66,连梁配筋构造示意 注：非抗震设计时，图中锚固长度取la,2.连梁配筋构造要求,67,连梁配筋应满足下列要求：,（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第5章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）顶层连梁纵向钢筋伸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；当连粱截面高度大于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10mm，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。,上述关于连梁的要求，主要是针对跨高比小于5的连梁确定的，因为，跨高比小于5的连梁，其竖向荷载作用下的弯矩所占比例较小，水平荷载作用下产生的反弯使它对剪切变形十分敏感，容易出现剪切裂缝；当连梁跨高比不小于5时，竖向荷载作用下的弯矩所占比例较大，宜按框架梁的要求进行设计。,学习资源,教学资源内容,1.平面布置 在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，并宜使两个方向刚度接近，形成空间结构。 由于剪力墙结构的抗侧移刚度及承载力均较大，对于一般高层建筑结构，为充分利用剪力墙的刚度及承载力，减轻结构重量、增大室内空间，在保证结构刚度足够的前提下，剪力墙不必布置过密，可将适当部位的室内分隔墙采用楼面梁及轻质填充墙来扩大剪力墙间距（见下图），或采用短肢剪力墙结构。 所谓短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙，常规的剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。,楼面梁及填充墙 取代剪力墙示意,6.1剪力墙的结构布置及有关规定,一、结构布置,混凝土异型柱结构技术规程JGJ149-2006 第2.1.1条规定：截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱为异型柱。,当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应控制剪力墙平面外的弯矩。 剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，一般情况下并不考虑墙的平面外的刚度及承载力。当梁高较大（大于2倍墙厚）时，梁端弯矩对墙平面外的安全不利，因此应当采取以下措施中的一个措施，减小梁端部弯矩对墙的不利影响：,（1）沿梁轴线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。扶壁柱宜按计算确定截面及配筋； （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。 另外，对截面较小的楼面梁可设计为铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。铰接端或半刚接端可通过弯矩调幅或梁变截面来实现，此时应相应加大梁跨中弯矩。,2.竖向布置 剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。 剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙易于设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。因此，对于较长的剪力墙，宜开设洞口将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁（其跨高比宜大于6）连接，使其可近似认为分成了独立墙段，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2。 为了使墙体中的配筋能够较充分发挥作用，墙段的长度（即墙肢截面高度）不宜大于8m。,例如：,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。,当无法避免，必须采用叠合错洞墙时， 可采用其他轻质材料填充，将叠合错洞转化 为规则洞口；或采用有限元法进行细致分析 并在洞口周边采取加强措施。 图中阴影部分为填充墙。,当必须采用错洞墙时， 墙洞口错开距离不宜小于 2m，使洞口之间形成明确 的墙肢。,二、剪力墙上开洞的有关规定,三、剪力墙结构底部加强部位 剪力墙结构的塑性铰一般在底部，抗震设计时，为保证出现塑性铰后剪力墙具有足够的延性，应对剪力墙底部进行加强。 一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。,四、短肢剪力墙结构的有关规定 由于短肢剪力墙结构在地震区应用经验不多，为安全起见，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合下列规定：,（1）其最大适用高度应比A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度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； （2）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； （3）抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比A级高度的高层建筑结构抗震等级规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用；,（4）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； （5）抗震设计时，除底部加强部位按常规剪力墙的规定进行调整剪力设计值外，其他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； （6）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，其他部位不宜小于1.0； （7）短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm； （8）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。,为保证剪力墙出平面的刚度及稳定，要求： 按一、二级抗震等级设计的剪力墙厚度 层高，且160；对于底部 加强部位应 层高，且200。 按三、四级抗震等级设计的剪力墙厚度 层高，且140；对于底部 加强部位应 层高，且160。 非抗震设计的剪力墙厚度 层高，且140。,层高：一般指楼层高。对共享空间无楼板处的层高，指共享空间的高度，此时应与横向约束长度比较，取小值。 当墙厚不满足上述要求时，可由 验算墙体的稳定。 式中q为作用于墙顶的等效均布竖向荷载设计值；t为剪力墙墙肢截面厚度，l0为墙肢的计算高度。(注：此式还可用来帮助设计者检验预先给定的剪力墙厚度是否满足出平面稳定的要求。),6.2 剪力墙的最小厚度及混凝土强度等级,一、剪力墙的最小厚度,6.3 剪力墙的内力及侧移计算 一、竖向荷载作用下的内力计算要点 在竖向荷载作用下，剪力墙各墙肢产生轴向压力。 任意一片剪力墙的轴向压力NV可按楼面传到该墙上的荷载以及墙体自重 计算；或按竖向荷载引起的墙面上的平均压应力 乘 以所要计算的剪力墙截面积计算。,二、水平荷载作用下的内力及侧移计算 1.基本假定： （1）各片剪力墙在自身平面外的刚度（与平面内的刚度相比）很小，可忽略不计； （2）楼板在自身平面内的刚度无穷大。,二、混凝土强度等级 剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20；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。,翼缘计算宽度，每侧取,取小值,根据假定（1）可将空间体系的剪力墙结构简化为平面体系。,根据假定（2），若仅考虑平动不考虑扭转，可将整个房屋的水平荷载按各片剪力墙的等效刚度分配给各片剪力墙，然后按单片剪力墙进行内力及位移计算。 等效刚度：是按顶点位移相等的原则，考虑弯曲变形和剪切变形后，折算成一个竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。 2.单片剪力墙的受力特点及剪力墙分类 在水平荷载作用下，剪力墙的受力特点与墙上洞口大小有直接关系，根据洞口大小的不同，可将剪力墙分为四种不同类型：,（1）整体墙 （2）小开口墙 （3）联肢墙 （4）壁式框架,（1）整体墙（包括小洞口整体墙），其受力状态如同竖向悬臂梁，截面上法向应力是线性分布的。,（2）小开口墙（即图中洞口稍大的剪力墙），截面上的法向应力偏离直线分布。 应力分布相当于整体弯曲引起的直线分布和局部弯曲应力的叠加，实测表明，墙肢的局部弯矩不超过总弯矩的15%，且墙肢基本无反弯点。,（3）联肢墙（即洞口进一步加大的情况），连梁的刚度比墙肢的刚度小得多，连梁中部有反弯点，可看成是若干单肢剪力墙由连梁连接而成的剪力墙。,（4）壁式框架（洞口较大、墙肢截面较小的情况），墙肢和连梁刚度相差不多，多数墙肢有反弯点，出现明显的局部弯曲，受力特征接近于框架。,在剪力墙结构中，一般外纵墙为壁式框架，山墙为小开口墙或整体墙，内墙为联肢墙或小开口墙。,3.剪力墙类型判别 （1）整体墙判别条件（包括小洞口整体墙） 洞口（立面）面积16%墙面（立面）面积，且净距（洞口之间、孔洞至墙边）孔洞长边。,（2）小开口墙判别条件 当剪力墙由成列洞口划分为若干墙肢，各墙肢和连梁刚度比较均匀，并满足下式时，可按小开口墙计算。,式中,（当 时，说明连梁刚度较大。）,对于只有一列洞口的墙：,剪力墙对组合截面形心的惯性矩；,连梁的折算惯性矩；,连梁的截面惯性矩；,分别为墙肢1、2的截面惯性矩；,扣除墙肢惯性矩后剪力墙的惯性矩，,连梁的截面面积；,截面形状系数，矩形截面=1.2；,洞口两侧墙肢截面形心距离；,剪力墙总高度；,连梁的计算跨度，取洞口宽度加梁高的一半。,层高；,式中,其中,具有多列洞口墙的 算式详见教材公式6.2。,（3）联肢墙判别条件,（4）壁式框架判别条件,系数。,4.内力及侧移计算 （1）整体墙（包括小洞口整体墙）计算 1）整体墙内力 此时剪力墙截面上的法向应力仍然保持直线分布，因此整体墙的内力可按竖向受弯构件计算各截面的弯矩及剪力。,2）整体墙的顶点位移,上式是由位移计算的一般公式（单位荷载法）得到的。第一项为弯曲变 形的影响，第二项为剪切变形的影响。如果不考虑剪切变形的影响，则与一 般受弯构件的位移计算公式完全相同了。,整体墙的顶点位移,剪力墙的等效刚度,等效刚度：是按顶点位移相等的原则，考虑弯曲变形和剪切变形后，折算成一个竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。,剪力墙的等效刚度,式中：,3）层间相对位移 剪力墙结构的层间相对位移最大值一般发生在结构的顶层，其算式为,式中,均布荷载,倒三角形荷载,顶点集中力,取G=0.4E，并进一步简化可得 的统一算式：,（2）小开口墙计算( ， ),1）内力（以一列洞口为例）,根据图（a）与图（b）边缘应力相等的条件，有,由此可得,同理可得,局部弯矩在各墙肢的分配可近似按下式确定,各墙肢承受的总弯矩为,连梁的剪力：可由上下墙肢的轴力差求得。 2）小开口墙的顶点位移、层间最大位移，可按整体墙位移公式计算，但在公式中的等效刚度 应考虑洞口的影响。,式中,多列洞口的小开口墙内力计算公式,各墙肢的剪力可近似按下式计算,（即分别按墙肢面积和惯性矩分配后取平均值）,求图示剪力墙底部墙肢的 内力（M、N、V）。,解：,1.判别剪力墙类型,整体墙判别条件（包括小洞口整体墙） 洞口（立面）面积16%墙面（立面）面积，且净距（洞口之间、孔洞至墙边）孔洞长边。,小开口墙判别条件,属于小开口墙,小开口墙判别条件,连梁的剪力：可由上下墙肢的轴力差求得。,小开口墙内力计算公式,2.内力计算,2.内力计算,（3）联肢墙的内力及侧移计算（ ）,1）基本假定 沿竖向墙的刚度、层高基本不变（如实际有变化，取加权平均值）； 连梁的作用可用沿高度均匀分布的连续弹性薄片来代替，反弯点在梁跨中； 各墙肢的弯曲变形曲线相似，即在同一高度处各墙肢有相同的位移和转角。,联肢墙,联肢墙的计算简图,根据上述假定，可得联肢墙的计算简图：,通过切口处的变形连续条件可建立未知数为q(x)的微分方程，具体推导过程从略。,2）联肢墙计算公式,联肢墙的微分方程：,联肢墙,几何特征及基本参数,联肢墙,层间相对位移可近似按下式计算，也可由变形曲线函数的一阶导数求得。,（均布荷载）,（倒三角形分布荷载）,（顶点集中荷载）,（4）壁式框架计算 （ ）,1）计算简图 即连梁和墙肢的形心线，但应考虑节点刚域的影响，且梁柱的剪切变形 不能忽略。,刚域:由于梁柱结合区的变形很小，内力分析时可按刚性考虑。,刚域的尺寸可按下式确定：,2)带刚域杆的等效线刚度,3）内力及位移计算(壁式框架的内力及位移可采用D值法。),4),相应的，图（b）梁线刚度也为应为图（a）梁线刚度的s倍。 另外，图（b）柱的线刚度应按柱高为 确定， 即,由图（b）可得,标准反弯点高度比为什么变成,在确定 时，为什么平均梁柱刚度比,说明：,6.4 截面设计要点及构造要求,一、截面设计,墙肢,正截面承载力 斜截面承载力,连梁,正截面承载力 斜截面承载力,（1）墙肢的配筋形式,1.墙肢,（2）墙肢正截面承载力 1）偏心受压 破坏特征与一般偏压构件相同，其特殊性在于剪力墙中除配有端部受力钢筋之外，在腹板中还设有竖向分布钢筋Asv，见下图：,因此，应在公式中体现Asv的作用。 大偏压墙肢：由于在中和轴附近的竖向分布钢筋达不到屈服，故在计算中仅考虑1.5x范围外的受拉竖向分布钢筋的作用，其他竖向分布钢筋的作用则忽略不计，所以在大偏压墙肢计算公式中比一般大偏压构件公式在投影方程中多了一项拉力,在取矩方程中多了一项弯矩,无论是矩形还是工字型截面大偏压墙肢，只要在一般大偏压构件的基本 公式中加上上述两项，就成为相应的大偏压墙肢计算公式。加上上述两项之后，并不增加公式中的未知数，两个公式，两个未知数（x, As），在公式适用条件范围内有唯一解。,小偏压墙肢：由于压区混凝土受压承载力已经足够，故不考虑竖向分布钢筋的作用，计算公式与一般小偏压构件计算公式完全相同。 当有地震作用时，应考虑承载力调整系数RE=0.85。,2）偏心受拉 高规建议：对于对称配筋的偏拉墙肢，无论大小偏拉，均按下列近似公式计算正截面承载力。,（3）关于墙肢内力设计值调整 1）弯矩设计值调整 一级抗震等级的剪力墙各截面弯矩设计值： 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； 其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的1.2倍采用。 2）剪力设计值调整 剪力墙底部加强部位墙肢截面的剪力设计值，一、二、三级抗震等级时应按下式调整。,式中, 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计算值；,剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。,墙肢斜截面承载力与普通构件计算公式不同，详见教材或高规，此处从略。,四级抗震等级及无地震作用组合时可不调整,3）墙肢出现偏心受拉时的调整 墙肢出现大偏心受拉时，墙肢易出现裂缝，使其刚度降低，内力将在墙肢中重分配，因此，抗震设计的双肢剪力墙中，当任一墙肢出现大偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1.25。 如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢可能会出现水平通缝而失去抗剪能力，则由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足，因此，抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉。,（4）墙肢的轴压比限值 抗震设计时，一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表 值作用下墙肢的轴压比不宜下表的限值。,剪力墙轴压比限值,注：N为重力荷载代表值作用下剪力墙墙肢的轴向压力设计值； A为剪力墙墙肢截面面积； fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,连梁的正截面计算同一般受弯构件（连梁采用 对称配筋，计算时可只考虑钢筋的作用）。,2.连梁 (1)正截面承载力,梁连在地震引起的反复剪力作用下，混凝土 易发生破碎，导致剪切破坏。因此，有地震作用 时，斜截面承载力降低。,(2)斜截面承载力,当剪力墙的连梁不满足截面尺寸限制条件时，可作如下处理： 1）减小连梁截面高度； 2）抗震设计的剪力