《剪力墙结构设计》PPT课件.ppt

Chapter 6,剪 力 墙 结 构 设 计,一、剪力墙的分类、受力特点及分类界限,（一）分类及受力特点,1按墙肢截面长度与宽度之比分类,异形柱;,小墙肢短肢剪力墙;,短肢剪力墙;,普通剪力墙。,异形柱形式（柱宽等于墙厚）：,2按墙面开洞情况分类,整截面剪力墙,不开洞或开洞面积不大于15%的墙为整截面剪力墙。 受力特点：如同一个整体的悬臂墙。在墙肢的整个高度 上，弯矩图既不突变，也无反弯点。变形以弯曲型为主。,整体小开口剪力墙,开洞面积大于15%但仍较小的墙为整体小开口剪力墙。 受力特点：弯矩图在连系梁处发生突变，但在整个墙肢高度 上没有或仅仅在个别楼层中才出现反弯点。整个剪力墙的变形仍 以弯曲型为主 。,双肢及多肢剪力墙,开洞较大、洞口成列布置的墙为双肢或多肢剪力墙。 受力特点：与整体小开口墙相似。,壁式框架,洞口尺寸大、连梁线刚度大于或接近墙肢线刚度的墙为壁式框架。 受力特点：柱的弯矩图在楼层处有突变，而且在大多数楼层中都出现 反弯点。整个剪力墙的变形以剪切型为主，与框架的受力相似。,（二）整体小开口墙、联肢墙、壁式框架的分类 界限,根据整体性系数 ，墙肢惯性矩的比值 以及楼层层数确定。,整体系数, 剪力墙对组合截面形心的惯性矩；,系数 和 见P.159表6.1和表6.2。,分类界限,(1) 当 时，按整体小开口墙计算； (2) 当 时，按壁市式框架计算； (3) 当 时，按联肢墙计算。,二、结构布置, 剪力墙应双向或多向布置。高层建筑不应采用全部为短肢 的剪力墙，短肢墙应与筒体配合使用。 较长的剪力墙可用楼板（无连梁）或弱的连梁分为若干独 立墙段，每个独立墙段的总高度与长度之比不宜小于2。 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐。 墙肢截面高度与厚度之比不宜小于3。, 剪力墙的混凝土强度等级不应低于C20，短肢墙筒体结构的 混凝土强度等级不应低于C25。剪力墙厚度应满足： 一、二级抗震时：底部： ，其他部位： ， ； 无端柱或翼墙时：底部： ，其他部位： ， ； 三、四级抗震时：底部： ，其他部位： ， ；,可近似按每层10mm初估。剪力墙截面总面积与露面面积之比大约为： 小开间(34m): 大开间(78m): 基本周期： （n为建筑物层数）,三、剪力墙有效翼缘宽度bf,1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。,2在双十字形和井字形平面的建筑中，核心墙各墙段轴 线错开距离a不大于实体连接墙厚度的8倍，并且不大于2.5m 时，整体墙可以作为整体平面剪力墙考虑，计算所得的内力应 乘以增大系数1.2，等效刚度应乘以折减系数0.8。,3当折线形剪力墙的各墙段总转角不大于15时，可按 平面剪力墙考虑。,四、荷载及地震作用计算,剪力墙结构除承受自重外，还承受楼（屋）面活荷载以及风 荷载。在地震区，还可能要承受地震作用。,荷载及地震作用按第三章所述方法计算。,五、剪力墙结构在竖向荷载作用下 的内力计算方法,竖向荷载除了在连梁内产生弯矩以外，在墙肢内主要是产 生轴向力。 在竖向荷载作用下，一片剪力墙所承受的竖向荷载应为该 剪力墙平面计算单元范围内的荷载及剪力墙自重，根据楼盖（屋 盖）结构布置及平面尺寸的不同，剪力墙上的荷载可能为均 布、梯形分布、三角形分布荷载或集中荷载。,整截面剪力墙,整截面墙计算截面的轴力为该截面以上全部竖向荷载之和。,整体小开口剪力墙,每层传给各墙肢的荷载按图所示范围计算，j墙肢的轴力 为该墙肢计算截面以上全部荷载之和。,联肢墙,1无偏心荷载时联肢墙内力计算,墙肢轴力计算方法与整体小开口墙相同，但应计算竖向荷 载在连系梁中产生的弯矩和剪力，可近似按两端固定梁计算连 系梁的弯矩和剪力。,2偏心竖向荷载作用下双肢墙内力计算,1）墙肢内力,图 11 偏心竖向荷载作用下的 值,2）连梁内力,3竖向偏心荷载作用下多肢墙内力计算,端部墙肢可与相邻墙肢近似按双肢墙计算，中部墙肢 可分别与相邻左右墙肢按双肢墙计算，近似取两次计算结 果的平均值。,式中： 分别为连梁的弯矩和剪力； 由图12查得。,图 12 偏心竖向荷载作用下的 值,壁式框架,壁式框架在竖向荷载作用下壁梁和壁柱的内力计算与 框架在竖向荷载作用下内力计算相同，可采用迭代法、分 层法或法。 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限值为： 一级（9度）：0.4 一级（7、8度）：0.5 二级：0.6,六、剪力墙结构在水平荷载作用下的内 力与位移计算方法,可按纵、横两个方向墙体分别按平面结构进行计算。 总水平荷载可以按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进 行单片剪力墙的计算。,整体墙的内力与位移计算,1应力计算,当剪力墙孔洞面积与墙面面积之比不大于0.15且孔洞净距 及孔洞至墙边距离大于孔洞长边时，可作为整截面悬臂构件按 平截面假定计算截面应力分布。,2顶点位移,要考虑洞口对截面面积及刚度的削弱影响。,（1）小洞口整体墙的折算截面面积为：,式中 墙截面毛面积； 墙面洞口面积； 墙面总面积。,（2） 等效惯性矩 等效惯性矩取有洞口截面与无洞口截面的加权平均值。,（3）顶点位移,式中 底部截面剪力； G 混凝土的剪切模量， 。,为了计算上的方便，引入等效刚度 的概念，它把剪切变形 与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达，将上式写成：,三种荷载下 分别为：,小开口墙的内力与位移计算,1内力计算,整体小开口墙墙肢截面的正应力可以看 作是由两部分弯曲应力组成，其中一部分是 作为整体悬臂墙作用产生的正应力，另一部 分是作为独立悬臂墙作用产生的正应力。整 体小开口墙的内力可按下式计算：,局部弯矩不超过整体弯矩的15。,为简化计算起见，将三种荷载下的 统一取为：,连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。 剪力墙多数墙肢基本均匀，又符合整体小开口墙的条件，当 有个别细小墙肢时，仍可按整体小开口墙计算内力，但小墙肢端 部宜按下式计算，附加局部弯曲的影响为：,墙肢剪力 （6-24）,式中 第 i 层总弯矩和总剪力； 第 j 墙肢的截面惯性矩和截面面积； 第 j 墙肢的截面形心至组合截面形心的距离； I 组合截面惯性矩。,式中 按整体小开口墙计算的墙肢弯矩； 由于小墙肢局部弯曲增加的弯矩； 第 j 墙肢剪力； 洞口高度。,2顶点位移,考虑到开孔后刚度的削弱，应将计算结果乘1.20。因此整体小开 口墙的顶点位移可按下式计算：,式中 A 截面总面积， 。,联肢墙的内力与位移计算,1基本假设 （1）连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹 性薄片代替；（连梁连续化假定） （2）各墙肢的变形曲线相似； （3）连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形；墙肢还应考虑轴向变形的影响。,关键是要求出 。,2内力分析方法,（墙肢弯曲变形） （墙肢轴向变形） （连梁弯曲和剪切变形）,以等肢双肢剪力墙为例。 将连续化后的连系梁沿中线切开，由于跨中为反弯点，故切开后截 面上只有剪力集度 及轴力集度 。沿连梁切口处未知力 方向 上各因素将使其产生相对位移，但总的相对位移为零。 连梁轴力不引起连梁沿竖向相对位移，不改变整体截面的总弯矩。 墙肢剪切变形不引起连梁竖向相对位移。 墙肢弯曲变形、墙肢轴向变形以及连梁弯曲变形和剪切变形引起连 梁中点切口处竖向相对位移。,将各种变形产生的 代入上式，经整理可得：,3顶点位移,式中， 双肢墙的等效刚度，三种荷载下分别为：,4双肢墙内力及变形特点,（1）侧移曲线呈弯曲型。 （2）连梁的最大剪力不在底层，随着连梁与墙的刚度比 的 增大，连梁的剪力加大，剪力最大的梁下移。 （3）墙肢轴力等于该截面以上所有连梁剪力之和，当连梁与墙 的刚度比 增大时，连梁剪力加大，墙肢轴力也加大。 （4）连梁与墙的刚度比 增大时，墙肢弯矩则减小。 （5） 可称为双肢墙整体系数， 称为轴向变形影响系数。,（6）双肢墙截面应力：,壁式框架在水平荷载作用下的近似计算,1. 计算简图,当计算的刚域长度小于零时，可不考虑刚域的影响。,2带刚域杆件考虑剪切变形后的刚度系数和D值的修正,壁式框架与普通框架的差别是： （1）壁式框架带刚域； （2）壁式框架杆件截面较宽，剪切变形的影响不宜忽略。 因此，当对带刚域的杆件考虑剪切变形后的 D 值进行修正和对反弯 点高度比 y 值进行修正后，便可以用 D 值法对壁式框架在水平荷载作用 下的内力与变形进行计算。,计算柱的 D 值：,值的计算见下表。,3反弯点高度比的修正,式中 标准反弯点高度比，由框架结构设计中的有关表 查得，但梁柱刚度比 要用 代替。,七内力组合,见第四章。,（667）,八截面设计,中和轴以下腹筋全屈服，计算中考虑；中和轴以上腹筋不考虑。,（一）偏心受压正截面承载力计算 1. 矩形、T形、工形截面偏心受压正截面承载力计算 (1) 无地震作用组合时：,（672）,（673）,（674）,（675）,1. 当 时:,2. 当 时:,（676）,（677）,3. 当 时（大偏心受压）:,（678）,（679）,（680）,4. 当 时（小偏心受压）:,（681）,(2) 有地震作用组合时：,式中 剪力墙端部受拉钢筋强度设计值； 剪力墙端部受压钢筋强度设计值； 墙体竖向分布钢筋强度设计值； 混凝土弯曲抗压强度设计值； 偏心矩， ； 剪力墙截面有效高度， ； 剪力墙受压区端部钢筋合力点到受压区边缘的距离， 剪力墙竖向分布钢筋配筋率； 界限相对受压区高度； 组合的轴向压力设计值； 承载力抗震调整系数， 取0.85。,（682）,2. 矩形截面大偏心受压对称配筋 时 按下列公式计算（无地震作用组合时， ）。由式（669）可得：,（683）,计算步骤如下： 1）按构造要求确定竖向分布钢筋的总截面面积 ， ； 2）按公式（6-85）计算受压区高度 x ； 3）如果 ，说明为大偏压受压，由公式（6-83）计算 ， 公式（6-84）计算 。 4）将 ， ，x 代入式（6-82）求出钢筋面积； 5）如果 ，说明为小偏心受压，按小偏心受压公式重新计算。,（686）,3. 矩形截面小偏心受压对称配筋 时 正截面承载力可近似按下列公式计算（无地震作用组合时， ）。,（687）,4. T形、工形截面大偏心受压对称配筋（ ）时 应按公式（6-73）、（6-75）、（6-82）、（6-83）及下列公式计算（无地震作用组合时， ）。,计算步骤如下： 1）按构造要求确定竖向分布钢筋的总截面面积 ， ； 2）先假定 ，按公式（6-91）计算受压区高度 x ； 3）如果 ，则由公式（6-83）计算 ，公式（6-75）计算 ，然后把 、 及 x 代入公式（6-92）计算钢筋面积； 4）如果 ，则应按公式（6-92）重新计算受压区高度 x ； 5）如果由式（6-92）计算的 ，且 ，则由公式（6- 83）计算 ，公式（6-73）计算 ，再将 、 及 x 代入公式 （6-82）计算钢筋面积； 6）如果由式（6-92）计算的 ，则应按小偏心受压正截面 承载力公式重新计算。,5. T形、工字形小偏心受压对称配筋（ ）时 正截面承载力仍可按公式（6-86）（6-90）计算，但在应用公 式（6-90）时，用 替换 ，应用公式（6- 86）时用 替换 。 根据钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程规定，在 对双肢剪力墙进行抗震设计时，当其中的一肢为大偏心受拉时， 对受压墙肢弯矩计算值，应乘以增大系数1.25。,（二）偏心受拉正截面承载力计算 对于矩形截面偏心受拉剪力墙，不论大、小偏拉，其正截面 承载力可下列近似公式验算： 无地震作用组合,（三）偏心受压斜截面受剪承载力计算 1. 剪力设计值取值 剪力墙的剪力设计值 应按下列规定计算：,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； 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； 考虑承载力抗震调整系数 后的剪力墙墙肢正截面抗弯 承载力，应按实际配筋面积、材料强度标准值和轴向力设计值确定，有 翼墙时应考虑墙两侧各一倍翼墙厚度范围内的纵向钢筋； 剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。,式中 剪力墙的剪力设计值； 矩形截面的宽度或工形截面、T形截面的腹板宽度； 剪力墙截面有效高度； 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于C50时取 1.0；当为C80时取0.8；C50C80时可按线性内插取用。,式中 剪力墙的轴向压力设计值，当 大于 时， 取 等于 ； 剪力墙计算截面处的调整组合剪力设计值； 剪力墙截面面积； T形或工形截面剪力墙腹板的面积，矩形截面时取 等于 ；, 计算截面处的剪跨比， ， 小于1.5时取1.5， 大于2.2时取2.2，此处 为与 相应的弯矩值。当 计算截面与墙底之间的距离小于 时， 应按距 离底 处的弯矩值与剪力值计算； 剪力墙水平分布钢筋间距； 剪力墙水平分布钢筋截面面积； 剪力墙水平分布钢筋抗拉强度设计值； 取0.85。,有地震作用组合,当公式右边计算值小于 时，取等于,（五） 一级抗震等级剪力墙水平施工缝处的受剪承载力验算 一级抗震等级剪力墙水平施工缝处竖向钢筋的截面面积应符合下列要求： 当 N 为轴向压力时,当 N 为轴向拉力时, 水平施工缝处的剪力设计值； 水平施工缝处考虑地震组合的轴向力设计值； 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）平面外轴心受压承载力验算,二、连梁截面设计 （一）正截面承载力计算 连梁常采用对称配筋，正截面承载力按双筋截面梁考虑。可近似按下式计算：,式中 连梁弯矩设计值； 连梁截面有效高度。,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,联肢剪力墙连梁的弯矩设计值,1. 剪力设计值取值 连梁的剪力设计值应按下列规定计算： （1）无地震作用组合，取考虑水平荷载组合的剪力设计值； （2）有地震作用组合的一、二、三级抗震等级时,9度时尚应符合,式中 分别为连梁左、右端按实配钢筋计算的正截面抗 震受弯承载力所对应的弯矩值； 分别为连梁左、右端考虑地震作用组合的弯矩设 计值； 考虑地震作用组合的竖向荷载作用下，按简支梁 计算的剪力； 连梁的净垮； 连梁剪力增大系数，一级取1.3，二级取1.2，三级 去1.1。,九、剪力墙构造要求,（一）约束边缘构件,1一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端 部应按下述第2条的要求设置约束边缘构件；一、二级抗震设计剪力墙 的其他部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应 按下述构造边缘构件的要求设置构造边缘构件。,2剪力墙约束边缘构件（图25）的设计；应符合下列要求：,（1）约束边缘构件沿墙肢方向的长度 和箍筋配箍特征值 符合下表的的要求，且一、二级抗震设计时箍筋直径均不应小于8mm、箍筋间距分别不应小于100mm和150mm。箍筋的配筋范围如图25中的阴影面积所式，其体积配箍率 应按下式计算：,（2）约束边缘构件纵向钢筋的配筋范围不应小于图25中阴影面积， 其纵向钢筋最小截面面积，一、二级抗震设计时分别不应小于图中阴影 面积的1.2和1.0并分别不应小于616和614。,式中 约束边缘构件配筋特征值； 混凝土轴心抗压强度设计值； 箍筋或边筋的抗拉强度设计值，超过360MPa时，应按 360MPa计算。,约束边缘构件范围 及其配箍率特征值,注：1 为约束边缘构件的配筋特征值， 为剪力墙墙肢长度； 2 为约束边缘构件沿墙肢方向的长度，不应小于表中数值、 和 450mm三者的较大值，有翼墙或端柱时尚不应小于翼墙厚度或端柱 沿墙肢方向截面高度加300mm； 3 翼墙长度小于其厚度3倍或端柱截面边长小于墙厚的2倍时，视为无 翼墙或无端柱。,图25 剪力墙的约束边缘构件 (a)暗柱； (b)有翼柱； (c)有端柱； (d)转角柱（L形墙）,1）纵向钢筋最小配筋应将下表中的0.008 、0.006 和 0.004 分别代之以0.010 、0.008 和0.005 ； 2）箍筋的配筋范围宜取图26中阴影部分，其配筋特征值 不宜小于0.1。,图26 剪力墙的构造边缘构件 (a)暗柱； (b)翼柱； (c)端柱,5. 非抗震设计时，剪力墙端部应按构造配置不小于4根12mm 的纵向钢筋，沿纵向钢筋应配置不少于直径为6mm、间距为 250mm的拉筋。,剪力墙构造边缘构件的配筋要求,注：1 符号 表示钢筋直径； 2 对转角墙的暗柱，表中拉筋宜采用箍筋。,（三）分布钢筋 1. 剪力墙分布钢筋的配置应符合下列要求： （1）一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率，一、二、三 级抗震设计时均不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时 均不应小于0.20%； （2）一般剪力墙竖向和水平分布钢筋间距均不应大于 300mm；分布钢筋直径不应小于8mm。 2. 剪力墙竖向、水平分布钢筋的直径不宜大于墙肢截面厚度 的1/10。 3. 房屋顶层剪力墙以及长矩形平面房屋的楼梯间和电梯间剪 力墙、端开间的纵向剪力墙、端山墙的水平和竖向分布钢筋的最 小配筋率不应小于0.25%，钢筋间距不应大于200mm。,（四）钢筋的锚固和连接 剪力墙钢筋锚固和连接应符合下列要求： 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，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取 。 2. 剪力墙竖向及水平分布钢筋的搭接连接（图27），一级、二级抗 震等级剪力墙的加强部位，接头位置应错开，每次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部位连接。非抗震设计时，分布钢筋的搭接长度不应小于 ；抗震设计时，不应小于 。 3. 暗柱及端柱内纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同。,图27 墙内分布钢筋的连接 注：非抗震设计时图中 应取 。,图27 墙内分布钢筋的连接 注：非抗震设计时图中 应取 。,（五）连梁配筋 连梁配筋（图28）应满足下列要求： 1. 连梁顶部、底部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）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%。,图28 连梁配筋构造示意 注：非抗震设计时图中 应取 。,（六）开洞处理 剪