必看-剪力墙设计步骤

剪力墙结构设计步骤 一 剪力墙结构布置 高层第二章二 剪力墙的计算 高层第五章三 剪力墙墙肢和连梁的设计 配筋 高层第7章 仅考虑毕业设计中的内容 三级以下剪力墙 可简化为平面计算的剪力墙分类 局部弯矩 整体弯矩 随着开口的增加 变形逐渐由弯曲型过渡到剪切型洞口不规则墙不能简化为杆件体系进行计算 壁式框架 剪力墙的尺寸和各部分名称 墙肢高度 悬臂梁跨度 墙肢厚度不小于160mm 截面宽度bw back 底部加强区 P 178 塑性铰区 底部高度等于截面高度的范围底部加强区 高规7 1 9 含塑性铰区在内 底部加强区 max 总高度 8 底层两层高 对加强区的特殊处理适当提高抗剪承载力对轴压比有较高的限值特殊的构造措施如果地下室顶板为上部结构嵌固部位 则剪力墙底部加强区起算层号中扣除了地下室 地下室顶板作为嵌固部位的若干规定 地下室顶板作为嵌固部位的条件刚度比要求 抗规6 1 14 地下室的抗侧刚度不小于上部结构刚度的2倍 地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大 宜小于地下室高度的1 3 地下室外墙距离上部结构不宜过远 不大于40 50m 顶板构造要求 楼板不小于180mm 砼强度不小于C30 宜采用双层双向配筋 此时剪力墙加强区起算层号中扣除了地下室 截面设计原则和措施 延性剪力墙 墙肢1 强墙弱梁 破坏机制 连梁先于墙肢屈服 框架剪力墙结构中 联系梁同样要弱于剪力墙 2 强剪弱弯 包括塑性铰区域在内任何区域均不能出现剪切破坏和锚固破坏 充分发挥抗拉钢筋的延性 3 限制轴压比4 设置边缘构件5 尽可能出现大偏压 不能出现小偏拉 6 剪力墙的破坏形态与剪跨比有关 中 高墙连梁1 强剪弱弯连梁也同样要强剪弱弯2 抗剪配筋配筋形式 交叉斜筋大配筋量3 连梁尺寸 剪力墙结构设计概要 一 剪力墙结构布置概要结构布置尺寸和材料二 剪力墙计算过程概要组合弯矩计算值强墙弱梁调整和强剪弱弯调整三 剪力墙截面设计过程概要墙肢截面设计连梁截面设计构造边缘构件 毕业设计中不考虑约束边缘构件 双向布置剪力墙布置成T型 L型 I型上下连续 贯穿全高 避免刚度突变 左右对称 可减少结构的扭转 避免错洞 洞口宜成列布置 成明确的联肢墙不宜太密 大开间6 8m 宜采用 小开间3 4m独立墙段长度不能过长 总高度 墙段长度 2 各墙肢长度宜均匀 不宜单墙段刚度过大 一 剪力墙结构布置概要简单 规则 均匀 对称 对楼盖的要求 剪力墙门窗洞到边缘的尺寸要求 上图中兰框中为门窗洞距外纵墙600 距外横墙300 距内墙150 两洞间500mm 墙段和墙肢的长度 洞口应设置成弱连梁 跨高比 6 近似形成若干独立墙段 非墙肢 剪力墙中的钢筋 竖向 端部钢筋和竖向分布钢筋共同抗弯端部钢筋类似梁上 下的纵向受力钢筋 需经抗弯承载力验算获得竖向分布钢筋按构造配筋 同时也参与抗弯水平 水平分布钢筋抗剪 需通过斜截面抗剪承载力计算确定 水平 横向 分布筋 抗剪 竖向分布筋 抗弯 back 端部纵筋竖向抗弯 边缘构件 剪力墙中的钢筋 抗震要求不能单排配筋 厚度大时 中间素混凝土过后 可设三排甚至更多 竖向分布钢筋象梁的腰筋 水平分布钢筋象柱的箍筋 但是计算结构承载力时要考虑分布钢筋 墙端部有边缘构件 旨在提高端部混凝土的抗压能力 剪力墙的两类边缘构件 P 189 191 边缘构件 暗柱 端柱 翼墙 转角墙约束边缘构件 三 四级剪力墙不需要设置构造边缘构件 毕业设计中仅考虑此类构件作用 提高墙肢端部混凝土极限压应变 改善剪力墙的延性 剪力墙尺寸和材料墙肢最小厚度 160mm是最小的可能厚度 电梯井墙肢厚度不宜小于160mm剪力墙墙肢混凝土强度 C20每一个墙肢长度不大于8m剪力墙墙肢钢筋 分布筋 箍筋HRB235 I级 其它HRB335 II级 h 层高 back 二 剪力墙计算过程概要 各片剪力墙荷载的计算竖向荷载 按受荷面积 从属面积 无弯矩和剪力水平荷载 按等效抗弯刚度分配到各墙肢各片剪力墙在分得的荷载作用下的内力和位移计算整截面墙和整体小开口墙 材料力学方法联肢墙 双肢墙 连续化方法壁式框架 带刚域D值法内力组合 轴力和弯矩设计值 偏心受压构件 组合方法与框架柱相同剪力设计值 只考虑水平荷载产生的剪力调整获得内力设计值墙肢 强剪弱弯调整 比较 框架柱需要进行强柱弱梁调整 连梁 强墙弱梁调整 强剪弱弯调整 边缘构件设计 剪力墙墙肢内力计算方法一览 四种荷载分别计算对应的内力以上 结构计算 指采用整体墙 联肢墙 壁式框架等的计算方法进行计算 剪力墙在竖向荷载作用下内力计算 各片剪力墙单独计算 不考虑结构连续性和各结构单元及各剪力墙的协同工作 墙肢轴力由竖向荷载引起 弯矩和剪力为零竖向荷载 墙负荷范围内的永久和可变荷载各层楼面荷载 三角形或梯形分布或集中荷载剪力墙自重 均布荷载注1 此方法与楼面传给梁的荷载计算方法类似注2 本方法仅适用现浇楼盖注3 联肢墙的墙肢受力 以洞口中线分界注4 计算墙肢自重重力荷载时 要扣除门窗洞 水平荷载效应计算概要 整体墙 高层P 106 内力直接按静力计算 位移 引入等效抗弯刚度考虑剪切变形后 采用悬臂梁公式有洞口时 引入折算惯性矩和折算面积 整体小开口墙 按静力计算的内力 弯矩剪力和轴力 按刚度等在墙肢中分配 联肢墙 连续连杆法计算壁式框架 用普通框架的D值法 有三点不同 需要用新公式计算梁柱的线刚度 需要用壁梁和壁柱的线刚度计算D值 需要进一步修正反弯点高度和梁柱刚度比注 抗震教材中P 168 180给出了框架剪力墙结构水平荷载内力计算的全过程 剪力墙分类和计算方法 整体小开口墙的内力计算公式 整体小开口墙的墙肢弯矩由整体弯矩和局部弯矩组成 1 墙肢弯矩 2 墙肢轴力 3 墙肢剪力 按墙肢截面积和惯性矩的平均值进行分配 外荷载对于剪力墙截面的总剪力 连续连杆法 计算步骤 设有k个连梁 k 1个墙肢 双肢墙k 1 设置x坐标系原点 原点在顶层 方向向下 1 计算各种参数1 几何参数 各墙肢 连梁的截面面积和惯性矩 2 刚度参数 墙梁刚度比 连梁和墙肢等效刚度3 影响系数 轴向变形影响系数 剪切影响系数等4 整体系数 和 12 利用1 计算连杆约束弯矩m 3 利用2 计算连梁剪力和弯矩P 764 利用1和3 计算墙肢中的内力和位移P 76 内力设计值选取 高层7 2 1节 两种组合 有 无地震作用内力设计值 组合最不利内力或调整后的内力控制截面 墙底截面 弯矩最大 底部加强区 高度 截面高度 尺寸 厚度 改变处截面材料改变的截面 混凝土强度等级和 或钢筋配筋 强剪弱弯调整 增加剪力的组合设计值 强墙弱梁调整 减小连梁弯矩设计值 抗震要求的调整 组合以后 基本思想 获得内力的组合值以后 再根据强剪弱弯 强柱 墙 弱梁等要求得到调整后的内力设计值 用于设计 剪力墙要求的调整墙肢 强剪弱弯调整连梁 强墙弱梁 降低连梁弯矩 强剪弱弯调整框架要求的调整 比较 框架柱 强柱弱梁 降低柱弯矩 强剪弱弯调整框架梁 强剪弱弯调整 梁和柱均需要调整 back 强剪弱弯调整 增加剪力的组合设计值 乘以放大系数以后 剪力设计值已经增大了 夸大了困难 增加了安全性 弯矩并没有增大 间接实现了强剪弱弯 底部加强部位墙肢最不利组合的剪力设计值 底部加强部位墙肢的剪力设计值 墙肢剪力放大系数 一 二 三 四级分别为1 6 1 4 1 2 1 0 三 剪力墙截面设计过程概要 已知墙肢 连梁内力设计值 组合 调整后的结果 按轴压比校核墙肢截面尺寸和混凝土等级 最后还要验算墙肢剪压比 7 20 连梁剪压比 7 26 验算轴压比 表7 3 确定是否应设置边缘构件 根据构造要求初定两种分布钢筋的层数 直径和间距 判断墙肢属于大 小 偏心受压 7 1 正截面 设计 确定端部纵筋截面面积 定钢筋数与直径 斜截面设计 用初选水平分布钢筋验算抗剪承载力 7 18 对约束边缘构件计算确定体积配箍率 7 22 连梁设计 连梁抗弯计算决定主筋 7 24 连梁抗剪计算决定箍筋配筋 7 25 轴压比限值n N fcA 轴压比过大则剪力墙的延性会过小或消失 需要限制剪力墙底部加强部位的轴压比 由于剪力墙是片状的 受力性能不如柱 所以其轴压比限值要比柱严格 重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比需满足要求 因为地震作用组合中采用重力荷载代表值 在轴压比超过一定限度以后 对一 二级剪力墙还需要设置约束边缘构件 back 墙肢的剪压比 墙肢截面需满足以上剪压比要求 如果不满足要求 则应该提高截面面积或混凝土强度等级 墙肢设计的内容 确定配筋和构造 设计中将竖向 水平分布筋功能分开考虑 竖向分布筋抗弯 水平分布筋抗剪 竖向分布钢筋同样有抗剪作用 这里作为安全储备 间接实现强剪弱弯 正截面承载力计算 确定端部钢筋面积按柱纵筋计算类似方法 对称形 截面形状 不同点 按配筋率等构造要求给定竖向分布钢筋面积端部钢筋计算时 需在减去竖向分布钢筋的抵抗弯矩 需考虑边缘构件的配筋率构造要求 计算时不计边缘构件 斜截面承载力计算 确认水平分布钢筋面积强剪弱弯调整 然后验证水平分布钢筋满足要求墙肢的构造要求 大偏压对称配筋计算 分别为受拉区端部钢筋 受压区端部钢筋和竖向分布钢筋的截面面积 已知 内力设计值N M 混凝土的轴心抗压强度fc竖向分布钢筋的截面面积Asw和抗拉强度设计值fyw端部钢筋的抗拉强度设计值fy 求得名义受压区高度 端部钢筋抵抗弯矩 分布钢筋按构造配筋 竖向分布钢筋总截面面积 竖向分布钢筋抗拉强度设计值 端部钢筋抗拉强度设计值 斜截面验算 确认按构造要求的水平分布钢筋面积和间距满足要求 墙肢腹板厚度 腹板有效高度 水平分布钢筋总面积 水平分布钢筋间距 砼抗拉强度设计值 无地震作用组合 有地震作用组合 back 分布钢筋最小配筋率和最大间距要求 钢筋直径不宜大于墙厚度的1 10 粘结力要求 back 构造边缘构件P 191 设置要求 三 四级剪力墙的底部加强区需设置边缘构件 构造边缘构件的尺寸见上图 其中面积Ac是配筋的依据 底部加强部位用箍筋 其它部位用拉筋 转角处宜用箍筋非抗震设计时 墙端也要设置至少4根纵向钢筋 并配拉筋 暗柱及短柱的纵向钢筋的搭接和锚固要求与框架柱相同 构造边缘构件配筋 配筋需要满足下表 最低要求 下表是初定端部钢筋的依据之一 需通过计算使之满足承载力要求 它们是端部钢筋 构造边缘构件的构造要求 连梁设计过程 验算剪压比限值 确认截面尺寸和材料强墙弱梁调整采用以下两种方法之一进行结构计算前低连梁刚度 实现了强墙弱梁 结构计算后 弯矩组合值乘以折减系数 不小于0 8 强剪弱弯调整得到剪力的设计值连梁抗弯设计 受力钢筋连梁抗剪设计 箍筋 全长加密 注意 主筋 箍筋均需满足构造要求 连梁跨高比的相关问题 跨高比增加 连梁中的剪切变形所占比例增加跨高比 0 5时 剪切变形占连梁变形的90 以上跨高比 5时 剪切变形占连梁变形的10 按跨高比对连梁设计方法的影响当跨高比小于2 5时 按连梁设计当跨高比大于5时 按框架梁设计当跨高比在2 5 5之间时 酌情考虑 PKPM中允许设计人员设定把连梁转换撑框架梁的跨高比 例如可以选择3 跨高比大于3就按框架梁设计注意 双肢墙的连梁一旦被按框架梁设计 则这个双肢墙就实际上是两个整体墙了 因此结构的内力 位移周期等都会发生改变 跨高比不大于2时 宜设置交叉暗撑跨高比不大于1时 应设置交叉暗撑 连梁剪压比限值验算 避免斜压破坏 比较墙肢剪压比限制要求 下页 无地震作用组合时 有地震作用组合时 这里在已知剪力设计值后验算是否满足剪压比的要求 不能满足时 需要调整尺寸 调整方法 1 减小连梁的截面高度 2 降低连梁刚度的调幅可降低Vb 致使上式满足 3 大震时认为连梁不参与工作 假定为铰接连杆 深梁 跨高比大于5为一般梁 墙肢的剪压比 墙肢截面需满足以上剪压比要求 如果不满足要求 则应该提高截面面积或混凝土强度等级 连梁的强墙弱梁调整 1 刚度调整 计算前调整 原理 按刚度分配使得刚度小的构件内力减小 目的 通过降低连梁刚度 减小弯矩和剪力的设计值 方法 6 7度时折减系数不小于0 7 8 9度时折减系数不小于0 5 给出一个下限的原因是 连梁能够有足够的承载力承受竖向荷载 2 折减组合设计值 组合后调整 略 连梁的强剪弱弯调整 纯弯曲时 即 考虑强剪弱弯 再考虑重力荷载引起的的剪力 经过刚度调整后 弯矩已比较小了 实现了强墙弱梁在获得最不利组合弯矩以后 按上式获得的剪力作为剪力设计值 实现强剪弱弯 至此已经获得了正截面和斜截面的全部内力设计值 弯矩和剪力 连梁净跨 连梁受弯承载力验算 利用上式得到连梁主筋的面积 然后查表可得到钢筋的数量与直径 连梁弯矩设计值 上下受力钢筋重心的距离 受力钢筋面积 受力钢筋抗拉强度设计值 承载力抗震调整系数 连梁受剪承载力验算 砼轴心抗拉强度设计值 连梁截面宽度 连梁截面有效高度 箍筋全部截面面积 箍筋间距 箍筋抗拉强度设计值 抗震设计 跨高比大于2 5时 跨高比不大于2 5时 连梁箍筋构