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,“短肢墙”的基本定义 “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 短肢剪力墙结构的应用范围 短肢剪力墙结构的抗震加强 利用PKPM软件进行短肢墙结构设计 带转换层的短肢墙结构的设计,“短肢墙”的基本定义,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,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,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 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,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,“带转