第7章-钢筋混凝土剪力墙设计..ppt

第7章钢筋混凝土剪力墙设计和构造,7.1概述7.2墙肢设计7.3连梁设计,7.1概述,7.1.1剪力墙分类,1.按几何形式分,(见图7-1),(1)悬臂剪力墙(实体墙不开洞，只有墙肢构件)。,(2)联肢剪力墙(开有洞口的剪力墙，由墙肢和连梁组成)。,(3)带边框剪力墙(在框剪结构中，剪力墙往往和梁柱结合在一起)。,(4)框支剪力墙(框架支承剪力墙)。(5)筒体（井筒）,2.根据剪力墙的高宽比及受力破坏特征分,(见图7-2),(1)高墙H/hw2，弯曲破坏。,(2)中高墙H/hw=12，弯剪破坏。,(3)矮墙H/hwb),(1)截面全部受压或大部分受压。,(2)受拉部分的钢筋未达到屈服应力。,(3)所有分布钢筋都不计入抗弯。,(4)剪力墙截面的正截面承载力计算和柱子相同。,(如图7-4),7.2.3墙肢偏心受拉承载力计算,1.墙肢受拉情况(不宜采用小偏心受拉墙肢),(1)小偏心受拉时墙肢全截面受拉，混凝土开裂贯通整个截面高度。,(2)通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉的墙肢。,(3)剪力墙很长时，边墙肢拉(压)力很大，可以人为加大洞口或人为开洞口，减小连梁高度而成为对墙肢约束弯距很小的连梁。,(4)地震时，连梁两端比较容易形成塑性铰，可将长墙分成长度较小的墙。在实际工程中，一般使墙的长度不大于8m。,(5)减小连梁高度也可减小墙肢轴力。,2.大偏心受拉承载力计算公式,(1)大偏心受拉的判别条件为：M/Nhw/2-a；,(2)受拉钢筋应力达到屈服，即s=fy；,(3)分布钢筋达到屈服应力fyw；,(4)只计算hw0-1.5x范围内的分布钢筋，并认为它们都达到了屈服应力(在中和轴附近的分布钢筋应力较小，不计入)。,如图75,根据平衡条件，可写出N=0、M=0(对混凝土受压区中心取矩)两个方程式：,式中：Asw剪力墙腹板中竖向分布钢筋总面积，布置在hw0高度范围内。e0=MN，M取前述调整后的值。RE承载力抗震调整系数。剪力墙取0.85。,7.2.4斜截面抗剪承载力计算,1.剪力墙中斜裂缝,剪跨比大于1.5的墙肢：在轴压力和剪力共同作用下，由弯曲受拉边缘先出现水平裂缝，然后向倾斜方向发展成为斜裂缝。,剪跨比不大于1.5的墙肢：以剪切变形为主，因腹板中部主拉应力过大而出现斜向裂缝，然后向两边缘发展。,2.斜裂缝出现后的剪切破坏形态,(1)剪拉破坏当无腹部钢筋或腹部钢筋过少，斜裂缝一旦出现，很快会形成一条主裂缝，使构件劈裂而丧失承载能力。避免这类破坏的主要措施是配置必需的腹部钢筋。,(2)剪压破坏当配置足够的腹部钢筋时，腹部钢筋可抵抗斜裂缝的开展。随着裂缝逐步扩大，混凝土受剪的区域减小，最后在压应力及剪应力的共同作用下混凝土破碎而丧失承载能力。剪力墙抗剪腹筋计算主要是建立在这种破坏形态的基础上的。,(3)斜压破坏当剪力墙截面过小或混凝土强度等级选择不恰当时，截面剪应力过高，腹板中较早出现斜裂缝。尽管按照计算需要可以配置许多腹部钢筋，但过多的腹部钢筋并不能充分发挥作用，钢筋应力较小时，混凝土就被剪压破碎了。这种破坏只能用加大构件截面或提高混凝土等级来防止，在设计中则从限制截面的剪压比体现这一要求。,3.偏心受压斜截面抗剪承载力,(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,4.偏心受拉斜截面抗剪承载力,(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,式中：VE取前述调整后的值。RE承载力抗震调整系数。剪力墙取0.85。Aw、A墙肢腹板横截面面积和全截面面积。,1.混凝土强度等级，不低于C20，筒体不低于C30；抗震设计时不宜高于C60。,7.2.5墙肢构造要求,2.最小截面尺寸,(1)最小厚度的要求，(pp226)表7-1。,(2)剪压比限值的要求，(pp227)式(7-20)。,3.分布钢筋，(pp227)表7-2。,(1)墙肢竖向及横向分布钢筋的最小配筋要求,(2)分布钢筋的布置要求,4.轴压比限值，(pp228)表7-3。,边缘构件剪力墙端部的暗柱、端柱和翼柱(或翼墙)。图7-7(pp229)。剪力墙的边缘构件有横向钢筋的约束，可改善受压混凝土的受压性能，增大延性。约束边缘构件其箍筋较多，对混凝土的约束较强，因而混凝土有比较大的变形能力；构造边缘构件箍筋较少，对混凝土约束程度较差。,5.边缘构件,边缘构件设置要求剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件。一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于表7-4(pp229)的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪力墙，应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件；除上条所列部位外，剪力墙应设置构造边缘构件(pp231)；B级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与构造边缘构件层之间设置12层过渡层，过渡层边缘构件的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但应高于构造边缘构件的要求。,约束边缘构件,约束边缘构件的形式。,见图7-7,约束边缘构件的设置要求，(pp230)表7-5。约束边缘构件的体积配箍率由配箍特征值v确定：,构造边缘构件,构造边缘构件的范围。,见图7-8,构造边缘构件的设置要求。,(pp231)表7-6。,6.钢筋连接,(1)剪力墙内钢筋的锚固长度非抗震设计不小于la；抗震设计不小于laE。,(2)墙肢分布钢筋的连接，见下图一、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截面连接。,剪力墙中的连梁受有弯矩、剪力、轴力的共向作用。但一般轴力较小，常常忽略而按受弯构件设计。,7.3连梁设计,7.3.1连梁的受力特点,7.3.2连梁的破坏特征,大多数连梁跨高比较小(可能小于2.5，有时接近于1)。在水平荷载下，梁两端作用有符号相反的弯矩，剪切变形大，容易出现剪切斜裂缝。在反复荷载作用下，斜裂缝很快扩展到全对角线上，导致剪切破坏(pp232)(图7-10)。因此，有地震作用时，连梁抗震承载力降低，跨高比小于2.5的连梁抗剪承载力更低。,与延性框架类似，应当使延性联肢剪力墙的连梁上首先出现塑性铰吸收能量，从而避免墙肢的严重破坏即强墙弱梁。作为超静定结构的联肢剪力墙，如能实现强墙弱梁，则比悬臂剪力墙具有更好的抗震性能。“强墙弱梁”的联肢剪力墙要求首先要保证墙肢不过早出现脆性的剪切破坏，即设计延性的墙肢；其次应使连梁屈服早于墙肢屈服；同时尽可能避免连梁中过早出现脆性的剪切破坏，即要设计延性的连梁。,7.3.3连梁的设计原则,7.3.4连梁内力设计值,1.弯矩设计值：弯矩调幅保证连梁受弯屈服(在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂(刚度降低)、而把内力转移到墙体上)。,方法1：折减连梁刚度。,方法2：将弯矩组合值折减。,连梁刚度折减法将连梁弹性刚度乘以折减系数以后再进行内力和位移计算。8、9度时：折减系数不小于0.5；6、7度时不小于0.7。,连梁弯矩和剪力调幅法在内力和位移计算(刚度没折减)以后，将连梁弯矩组合值乘以折减系数。8、9度时：折减系数不小于0.5；6、7度时不小于0.8。,内力计算时已经降低了刚度的连梁，其弯矩值不宜再调幅。,当部分连梁降低弯矩设计值以后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应地提高(pp233)(图7-11)。,无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。,2.剪力设计值一、二、三级剪力墙的连梁,9度、一级抗震时应符合以下要求：,按“强剪弱弯”要求，将由弯矩产生的剪力放大vb倍。,式中：vb梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，vb分别为1.3、1.2、1.1。超限高层建筑的特一级，按一级再增大20。,7.3.5连梁承载力验算,1.受弯承载力验算(按对称配筋),(1)无地震作用组合时:,(2)有地震作用组合时:,2.受剪承载力验算,(1)无地震作用组合时:,Vb0.7ftbh0+fyvAsvh0/s,(2)有地震作用组合时:,跨高比2.5：,REVb0.42ftbh0+fyvAsvh0/s,跨高比2.5：,REVb0.38ftbh0+0.9fyvAsvh0/s,7.3.6连梁构造要求,1.最小截面尺寸(pp234),(1)无地震作用组合时：Vb0.25cfcbbhb0,(2)有地震作用组合时：,跨高比2.5：REVb0.2cfcbbhb0,跨高比2.5：REVb0.15cfcbbhb0,2、纵向钢筋配筋率跨高比1.5：非抗震min=0.2%；抗震设计的min见(pp235)表7-7。跨高比1.5：其min按框架梁的规定取用。非抗震设计时，连梁底面及顶面单侧max=2.5%；抗震设计的单侧max见(pp235)表7-8。,2.连梁配筋构造,1连梁顶面、底面纵筋伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应小于laE，非抗震设计时不应小于la。且均不应小于600mm。2抗震设计时，沿连梁全长箍筋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)的直径不应小于8mm，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)的总面积配筋率不应小于0.3。,图7-11、图7-12,本章结束，谢谢听讲！,图7-1剪力墙的类型,(a)悬臂剪力墙,(e)带边框剪力墙,(b)联肢剪力墙,(c)井筒,(d)框支剪力墙,图7-2剪力墙破坏形态,(a)弯曲破坏