剪力墙的设计方法(2016)

1 剪力墙的设计方法 一 剪力墙布置及尺寸确定的基本原则一 剪力墙布置及尺寸确定的基本原则 1 结构布置时剪力墙的经济长度 短肢剪力墙结构 是指 截面高度不大于 1600mm 且截面厚度小于 300 的剪力墙 具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指 在规定水平地震作用下 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 省 高规 当结构体系属短肢剪力墙结构时 按省 高规 第 7 1 8 条规定 结构的最 大适用高度有所降低 7 度的剪力墙结构限高 100 米 同时短肢剪力墙在底部 所占倾覆力矩的比例不得大于 50 采用短肢剪力墙时 需相应采取加强措施 对实际设计影响较大的有 一 二 三级短肢剪力墙轴压比 在底部加强部位 分别不宜大于 0 45 0 50 0 55 一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少 0 05 在底部加强部位以上的其他部位不宜大于上述规定值加 0 05 其他 各层 非底部加强部位 一 二 三级短肢剪力墙的剪力设计值应分别乘以增 大系数 1 4 1 2 和 1 1 截面高厚比不大于 6 时 墙全部竖向钢筋配筋率 一 二级和三 四级 底部加强和非底部加强部位分别不宜小于 1 2 1 0 和 1 0 0 8 截面高厚比大于 6 时 仍设边缘构件 配筋率分别不宜小于 1 6 1 4 和 1 4 1 2 等 经与长度为 1650mm 厚度为 200mm 的经济长 度剪力墙作经济比较 结论为 从考虑混凝土 模板与钢筋的综合造价来看 长度缩短了的短肢剪力墙总是更经济或造价基本相当 仅从钢筋含量的角度来 看 则抗震等级分别为一 二或三 四级时 当短肢剪力墙分别不大于 1400mm 1200mm 1000mm 时 含钢量更低 可称为短肢剪力墙的经济界限 长度 故实际设计时 为节省造价 可适当采用短肢剪力墙 一般情况下控制 不达到属于较多短肢剪力墙的程度 且其长度小于经济界限长度 在满足高厚 比不小于 4 仍属剪力墙的前提下 厚度相同时长度越短越经济 根据省 高规 通常上部标准层剪力墙厚度在 200 250mm 之间 长度可 取 1650mm 以上则属一般剪力墙 下部楼层层高较大时 可将墙厚取至 300mm 2 及以上 则当截面高厚比大于 4 则属一般剪力墙 从经济的角度考虑 可按上 述原则采用合适比例的短肢剪力墙 实际设计时 常会遇到是设一片长的剪力墙 还是开洞变为两片剪力墙的 选择问题 两片剪力墙由于多了 2 个暗柱 其含钢量与综合造价未必低于一片 长墙 为此需对两者作经济比较 假定两片墙均为 1650mm 的一般经济长度剪 力墙 比较的结果为 1 从含钢量的角度看 分别位于底部加强区和非加强 区的剪力墙 当长墙的长度分别不大于 7000mm 12000mm 时 其含钢量比开 洞分成两片剪力墙更低 2 从考虑混凝土 钢筋和模板的综合造价来看 分 别位于底部加强区和非加强区的剪力墙 当开洞长度不大于 1000mm 1200mm 时 一片长墙造价低于开洞分成两片经济长度短墙 从上可见 只考虑含钢量 与考虑综合造价两者的结论可能相反 但目前市场普遍只重视含钢量指标 故 有时可布一片长墙时 不必刻意分成两片经济长度短墙 2 控制合理的剪力墙折算厚度 某楼层的剪力墙折算厚度我们这里定义为 该楼层的剪力墙混凝土体积与 楼层的结构面积之比 这是反映剪力墙结构体系经济性的一个重要指标 当剪 力墙折算厚度在一个合适的范围时 只要我们将剪力墙的配筋率在满足规范及 受力要求的前提下控制在一个合理的数值 那么我们就可以基本保证该剪力墙 结构造价是经济的 根据我司以往设计的若干剪力墙结构工程的统计经验 当 建筑为 12 层左右的小高层时 标准层剪力墙折算厚度控制在 90 100mm 左右 当为 18 层左右时 控制在 120 130mm 左右 当为 25 层左右时 控制在 140 150mm 左右 则该工程会达到一个较好的经济指标 若剪力墙折算厚度 偏大较多 则说明该工程布置的剪力墙数量或面积过多了 计算结果的具体表 现为 轴压比普遍较小 层间位移角比规范限制有较大富余 即侧向刚度较大 这时应考虑对剪力墙的布置或截面进行优化 以控制结构成本 最优的剪力墙 截面应为 所有的剪力墙的轴压比均等于或接近轴压比限值 当上部楼层剪力 墙轴压比较小 而厚度已达到 200mm 层间位移角又有富余的情况下 可通过 缩短上部剪力墙长度的方法 来达到更优的经济指标 3 合理确定剪力墙的截面高度与厚度 1 标准层 一般住宅标准层剪力墙的厚度取为 200mm 则基本可满足稳 3 定性和轴压比的要求 这时 除提高刚度需要或建筑构造需要或减少梁跨需要 等情况外 剪力墙截面高度可取 1650mm 即可满足成为一般剪力墙 我们可 称之为 200 厚剪力墙的经济长度 在剪力墙的轴压比及层间位移角仍能满足要 求的前提下 可适当采用小于经济界限长度的短肢剪力墙 2 底部层高较大的楼层 由于建筑使用功能的需要 建筑物在底部的 地下室 架空层 裙楼等楼层往往具有较大的层高 这时剪力墙因稳定性的 要求 构造或稳定验算 需有较大的厚度 当厚度达到 300mm 及以上时 对 上部标准层长度为 1650 的一般剪力墙 和长度大于 1200mm 的短肢剪力墙 则仍属一般剪力墙 二 剪力墙抗震等级及约束边缘构件配置范围的确定二 剪力墙抗震等级及约束边缘构件配置范围的确定 1 一般剪力墙 多层 高层建筑结构的剪力墙分别按 抗规 表 6 1 2 和省 高规 第 3 9 3 3 9 4 条查表确定抗震等级 注意对非高层结构不存在短肢剪力墙的提法 故多层结构均对截面高度与厚度之比大于 4 的剪力墙均按一般剪力墙考虑 一 二 三级剪力墙底部加强部位及其上一层需设约束边缘构件 四级剪力墙全高 只需设构造边缘构件而不需设约束边缘构件 2 短肢剪力墙 短肢剪力墙是专门针对高层结构提出的概念 按省 高规 规定 一 二 三级短肢剪力墙轴压比 在底部加强部位分别不宜大于 0 45 0 50 0 55 一字 形截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少 0 05 在底部加强部位以上的其他部 位不宜大于上述规定值加 0 05 截面高厚比不大于 6 时 墙全部竖向钢筋 配筋率 一 二级和三 四级 底部加强和非底部加强部位分别不宜小于 1 2 1 0 和 1 0 0 8 截面高厚比大于 6 时 仍设边缘构件 配筋率分别 不宜小于 1 6 1 4 和 1 4 1 2 3 错层结构的剪力墙 错层在省 高规 第 11 4 1 条文说明中有定量化的定义 楼层板面高差大 于相连处楼面梁高 或板面高差小于相连处楼面梁高但楼板间垂直净距大于支 承梁宽时称为错层 错层主要会带来以下不利影响 1 楼板变高差处导致楼 板传递剪力的路径局部中断 严重时造成楼板平面内无限刚的假定不成立 4 2 当楼板变高差两侧的结构在地震作用下出现反向的运动趋势时 将对交接 处的竖向构件产生非常不利的附加内力 设计中因楼板凹凸的情况十分复杂 对整个结构的影响也未必会产生上述不利影响 故需根据实际情况灵活掌握判 断尺度 如一般标准层中的厕所凹板或大厅板的下沉 并不会造成剪力传递整 体中断 只是局部削弱 下沉板因较小也不会产生反向振动 故不作错层论 又如首层平面塔楼外范围楼板下沉覆土与塔楼范围的楼板形成高差 因塔楼外 的楼盖全埋在地下 较低一侧楼盖受地震反应的影响较小 可近似看成振动基 本与地基土同步 同时由于覆土对高差处形成侧限 塔楼的水平剪力可通过两 侧平行方向的高差处梁纵向传递至覆土顶板 从而大幅减少较高一侧楼盖对交 接处竖向构件的附加内力 故也可不作错层论 按省 高规 第 11 4 6 条 对错层交接处平面外受力的剪力墙 抗震设计 时厚度不应小于 250mm 并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱 抗震等级应提 高一级采用 错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于 C30 水平和竖向分布 钢筋的配筋率 抗震设计时不应小于 0 5 另 错层处的框架柱截面高度不应 小于 600 砼强度等级不低于 C30 抗震等级提高一级 箍筋全柱段加密 4 大底盘多塔楼结构的剪力墙 按省 高规 第 11 6 3 条 塔楼中与裙房连接体相连的外围柱 剪力墙 从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内 柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提 高 柱箍筋宜在裙楼屋面上 下层的范围内全高加密 剪力墙宜设置约束边缘 构件 相应条文说明解释为 为保证塔楼与底盘共同工作 塔楼之间裙房连接 体的屋面梁以及塔楼外围一圈墙柱从固定端到出裙房屋面上一层的高度范围内 在构造上应予特别加强 故我司在执行该条时 要求将塔楼外围一圈剪力墙设 约束边缘构件 范围从固定端到大底盘屋面上一层 约束边缘构件按二级构造 配筋 三 剪力墙边缘构件纵筋及分布钢筋的构造要求三 剪力墙边缘构件纵筋及分布钢筋的构造要求 有关剪力墙配筋的构造要求主要依据省 高规 第 7 2 12 7 2 15 条 请大 家认真阅读规范 5 四 剪力墙构造配筋计算表的原理简介 使用说明四 剪力墙构造配筋计算表的原理简介 使用说明 我司编制剪力墙构造配筋计算表的主要目的是为了简化剪力墙设计的工作 量 使剪力墙的配筋标准化 提高设计效率 其简化理念为 一方面将大量机 械重复的配筋率计算工作以查表代替 在提高计算效率的同时也减少了计算出 错的机会 另一方面以标准大样结合填表的形式可大幅减少边缘构件制图的工 作量 由于边缘构件纵筋采用固定间距的约定 与板 独立基础等的配筋方式 类似 且标出了钢筋的总数 故也不存在读图困难或施工出错的问题 其基本原理是 根据约束和构造边缘构件的纵筋配筋率及配箍率构造特点 约束边缘构件的配筋及配箍率较大 构造边缘构件相对较小 在使箍筋 纵 筋直径较适合施工的条件下 如箍筋直径一般控制不大于 12mm 否则对于一 般边缘构件箍筋尺寸较小的情况施工加工有一定困难 约定纵筋的间距 不大 于 200 或 300 箍筋或拉筋与纵筋成每根纵筋布置一肢的固定关系 也就是使 纵筋间距和箍筋肢距按固定间距的分布筋的形式确定 约定间距和肢距的目的 是使与配筋率 配箍率相关的变量数量尽量少 这样对一定尺寸和砼等级的边 缘构件 其纵筋配筋率仅与纵筋直径有关 体积配箍率则与箍筋直径和竖向间 距有关 从而使知道抗震等级 截面尺寸和混凝土强度等级的边缘构件 通过 查表得出纵筋直径 箍筋直径及竖向间距 并结合标准截面大样图即可确定整 个构件的构造配筋 剪力墙构造配筋计算表中边缘构件的配筋率及配箍率是完 全依据省 高规 第 7 2 12 7 2 15 条确定的 每个参数的计算均在 EXCEL 表 格中有反映 只是为方便查表而将中间过程隐藏 同时也考虑了当剪力墙厚度 较大时需在截面端部中间加配纵筋的影响 剪力墙构造配筋计算表的使用方法详见相关的 PPT 文件 目前还开发了图 形化的插件 详见研发中心的相关教程 6 五 采用剪力墙构造配筋表方法进行剪力墙设计的步骤五 采用剪力墙构造配筋表方法进行剪力墙设计的步骤 1 计算确定各层剪力墙的长度及厚度 2 确定各墙肢的抗震等级 明确短肢剪力墙 错层交接处 大底盘塔楼外围等 有特殊构造及配筋要求的剪力墙 3 按省 高规 7 2 12 7 2 13 条确定各墙肢的边缘构件尺寸 4 先按构造要求查表完成各墙肢的配筋 注意如下问题 1 约束边缘构件与构造边缘构件的区别 尺寸大小不同 详见省 高规 7 2 12 7 2 13 条规定 纵筋配筋率要求不同 详见省 高规 7 2 12 7 2 13 条规定 另需注 意对连体结构 错层结构以及 B 级高度剪力墙结构中的剪力墙 配筋率的要求 有所提高 箍筋的配箍特征值要求不同 约束边缘构件要求配箍特征值 v 0 2 构造边缘构件分为两种情况 对于一般剪力墙结构无配箍特征值的要求 按不 低于省 高规 表 7 2 13 的构造配置即可 对连体结构 错层结构以及 B 级高 度剪力墙结构中的剪力墙 要求配箍特征值 v 0 1 需按此计算确定构造配筋 另需建立对边缘构件中箍筋作用的正确概念 注意它并非由内力计算所得 边 缘构件箍筋的作用在于通过箍筋的约束 使边缘构件范围的砼成为约束砼 与 普通砼相比 约束砼具有更大的极限压应变 即砼在压碎破坏前具有更强的变 形能力 亦即使剪力墙构件具有更高的延性 故该措施作用在于通过构造加强 提高剪力墙在极限状态下的延性 在程序的计算输出中不会提供该项内容 当同一墙柱平面中既有约束边缘构件又有构造边缘构件时 必须分别用相 应的构件配筋表及标准大样 2 确定有特殊构造及配筋要求的剪力墙 短肢 错层 大底盘多塔楼 的钢筋 3 剪力墙分布钢筋的确定 不小于规范的构造要求值 一般 0 25 转换层落地加强部位 0 3 错层交接处 0 5 特一级 0 4 EXCEL 表根据条件自动确定 对底部加强部位及超高的结构作适当加强 详见 EXCEL 计算表格中的 剪力墙墙身构造配筋表 7 其余部位为 0 25 当厚度为 200mm 时 为双层