某设计院剪力墙结构设计综合培训ppt课件

敖辉,2015.06.25,剪力墙结构设计综合培训,前言,2012年5月份剪力墙结构设计要点培训，背景为10版抗规2010-12-01实施，10版高规2011-10-01实施，重点为对新规范条文的理解与应用。2015年2月份剪力墙结构设计再认识培训，背景为：1、近几年各开发公司对土建成本的控制日益严苛，给结构精细化设计提出更高的要求；2、对设计过程中一些常遇问题进行整理，力求统一认识。,提纲,1、剪力墙结构设计规范要点1.1剪力墙截面厚度1.2墙肢分类1.3底部加强部位高度1.4上部结构嵌固端1.5轴压比控制1.6剪力墙墙身分布筋1.7边缘构件设计1.8连梁设计,提纲,2、剪力墙结构设计探讨与建议2.1探讨依据2.2目前存在的可优化空间2.3约束边缘构件YBZ体积配箍率计入剪力墙水平分布钢筋2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法2.5剪力墙平面外单边搭梁的处理2.6短肢剪力墙的配筋建议2.7转角窗墙端边缘构件做法建议2.8关于墙肢纵筋合力点,具体规定详见抗规6.4.1条及高规7.2.1条规定。高规中仅规定了各种条件下剪力墙的最小厚度。比较之下，抗规中的条文更为细致，除最小厚度外，还规定了与层高或无支长度的关系。规定剪力墙最小厚度的目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。当墙平面外有与其相交的剪力墙时，可视为剪力墙的支承，有利于保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能，因而可在层高及无支长度二者中取较小值计算剪力墙的最小厚度。在抗规6.4.1中有墙厚“且不宜小于层高或无支长度的1/XX”的规定。高规为何不规定墙厚与层高或无支长度比值的限制要求，在7.2.1条文说明中有解释。高规7.2.1条第2款“一、二级剪力墙一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm”的规定应特别注意。,1.1剪力墙截面厚度,同01版抗规和02版高规相比较，10版抗规和高规对剪力墙厚度要求有所放宽。无论何种情况，墙厚均需满足墙体稳定验算要求。无支长度是指沿剪力墙长度方向没有平面外横向支承墙的长度。两端无翼墙和端柱的一字形剪力墙，只能按层高计算墙厚。,1.1剪力墙截面厚度,抗规6.4.6条规定：抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时，应按柱的有关要求进行设计；矩形墙肢的厚度不大于300mm时，尚宜全高加密箍筋。注：抗规无短肢剪力墙定义及相关规定，多层剪力墙结构设计时注意，短肢剪力墙倾覆力矩比、轴压比、配筋率较高规可以有所放宽，最好事先与审图单位进行沟通。高规7.1.7条规定：当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4倍时，宜按框架柱进行截面设计。高规7.1.8条注1规定：短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。混凝土异形柱结构技术规程2.1.1条定义：异形柱截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。,1.2墙肢分类,归纳如下：截面高度厚度4时，按柱（矩形柱或异形柱）进行设计；4截面高度厚度8，且肢厚300mm时，按短肢剪力墙进行设计；截面高度厚度8，或肢厚300mm且截面高度厚度4，按一般剪力墙进行设计。注：（1）以上“截面高度厚度”取剪力墙各肢截面高度与厚度之比的最大值；（2）矩形墙肢按柱进行设计时，若厚度300mm，箍筋宜全高加密；（3）剪力墙按柱进行设计时，“柱截面每一侧纵向钢筋配筋率不应小于0.2%”的规定往往被忽视，应特别注意！例如250 x800截面的剪力墙按柱设计，如果端部仅设置两根纵筋，则角部两根钢筋As=250 x800 x0.2%=400mm，需至少配置216方可满足要求。,1.2墙肢分类,1.2墙肢分类,墙肢分类示意图,一般剪力墙结构在水平地震作用下，竖向相当于箱型悬臂梁，其变形呈弯曲形。剪力墙底部加强部位是容易屈服的部位，类似框架梁梁端箍筋加密区。抗震设计时，为保证出现塑性铰后剪力墙具有足够的延性，该范围内应加强构造措施，提高其抗剪破坏的能力。抗规6.1.10条规定：1、底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起。2、；房屋高度不大于24m时，底部加强部位可取底部一层。3、当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。注：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度，与地下室顶板标高无关。高规7.1.4条规定基本同上。,1.3底部加强部位高度,相比01版抗规和02版高规，剪力墙底部加强部位高度有所降低，且明确定义“底部加强部位的高度应从地下室顶板算起”。旧规范中，底部加强部位的高度按墙肢总高度计算，定义略为模糊，比如以地下室底板为嵌固端时，墙肢总高度从地下室底板还是顶板算起？抑或从室外地面算起？可能会引发不必要的争议。,1.3底部加强部位高度,1.3底部加强部位高度,以实际工程为例：某高层住宅，地上33层，层高2.8m；地下一层，地下室顶板顶标高为-1.300；室内外高差0.450m。底部加强部位的高度从地下室顶板算起，H=2.800 x33+1.300=93.700m，底部加强部位高度h=93.70010=9.370m，该9.370m为从地下室顶板-1.300算起的高度，实际底部加强部位顶标高为9.370-1.300=8.070。三层顶板标高为8.3508.070，故取底部三层为剪力墙底部加强部位，同时满足“底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的110二者的较大值”的要求。,1.3底部加强部位高度,规范条文“当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端”的重点是“向下延伸”，即不影响底部加强部位的顶标高。按上面例题，当结构计算嵌固端位于基础底板时，则底部加强部位延伸到-5.500，但顶标高8.350不变。,1.4上部结构嵌固端,所谓嵌固端，即结构在强震作用下，可能首先发生屈服，出现塑性铰的部位。对于有地下室的高层住宅，究竟取地下室顶板还是基础底板作为上部结构嵌固部位，一直存在争议。即便设计把嵌固端设置在基础底板，地下室周边地基土的约束刚度也是客观存在的，对上部结构形成一定的“嵌固”作用，在这种情况下，一些审图单位提出分别以地下室底板、顶板为嵌固进行上部结构包络设计，有其合理性。从经济性分析，以地下室顶板为嵌固，地下室不属于底部加强部位，对于抗震等级三级及以上的剪力墙结构，不需设置约束边缘构件，但为满足层间刚度比要求，地下室剪力墙面积需有所增加，二者优劣难以简单判断。一般当地下室层高低于地上一层较多时，才具备以地下室顶板作为嵌固端的可行性。,1.4上部结构嵌固端,当遇到地下室上部结构若干单元之间设置变形缝时，如条件许可，宜以地下室顶板作为上部结构嵌固端。满足嵌固条件后，各塔楼地上单元分别计算，计算结果清晰准确。否则应按多塔楼及单塔楼模型分别整体计算，构件取包络配筋。在进行一个小区的设计时，取地下室顶板还是基础底板作为上部结构嵌固部位，同等条件下所有单体的处理方法应该统一。,1.4上部结构嵌固端,刚度比要求：高规5.3.7条规定：高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。高规5.3.7条文说明：计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，“相关部位”一般指结构外扩不超过三跨的地下范围。楼层侧向刚度比可按本规程附录E.0.1条公式计算。查附录E.0.1条公式，该刚度比为等效剪切刚度比。当上下层混凝土强度等级一致时，与折算抗剪截面面积和层高有直接关系。抗规中对刚度比的相关规定见6.1.14条第2款。其条文说明中对“相关部位”的定义为“地上结构周边外延不大于20m”。上海抗规对刚度比的相关规定见6.1.17条第2款：地下室为一层或两层时，地下一层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍；当地下室超过两层时，地下一层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。,1.4上部结构嵌固端,1.4上部结构嵌固端,构造要求当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构构件相关要求如下：抗震等级确定详见高规3.9.5条及抗规6.1.3条第2款规定。构件构造要求详见高规3.6.3条、12.2.1条，及抗规6.1.14条规定。,1.5轴压比控制,抗规6.4.2条附注中解释到：墙肢轴压比指墙的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。其条文说明中说明“计算墙肢轴压力设计值时，不计入地震作用组合，但应取分项系数1.2”。高规7.2.13条附注中解释到：墙肢轴压比是指重力荷载代表值作用下墙肢承受的轴压力设计值与墙肢的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。控制剪力墙轴压比的轴力设计值N=1.2（恒荷工况下轴力标准值+可变荷载组合值系数活荷工况下轴力标准值）。组合值系数详见抗规表5.1.3。,1.5轴压比控制,1.6剪力墙墙身分布筋,截面厚度bw400mm双排配筋；400mmbw700mm三排配筋；bw700mm四排配筋。分布筋配筋率、直径、间距等要求详见高规7.2.177.2.19条，以及抗规6.4.3及6.4.4条。比较特殊之处有以下两点：抗规6.4.3条附注“高度小于24m且剪压比很小的四级剪力墙，其竖向分布筋的最小配筋率应允许按0.15%采用”。抗规6.4.4条第3款有“竖向钢筋直径不宜小于10mm”的规定，在高规中无此书面要求。抗规6.5.2条针对框架-抗震墙结构，有“钢筋直径不宜小于10mm”的规定。按规范，理论上一般剪力墙结构墙体分布筋最大间距为300mm，实际工程中最大间距一般控制在200mm。（注：2012年设计思路）剪力墙底部加强部位的重要性前面已经介绍了，作为增强措施，该部位水平分布筋间距一般为150mm。此外视总楼层数不同，顶部12层水平分布筋间距也会加强至150mm，作为一道顶箍，对屋面温度应力起到一定的约束作用。（注：2012年设计思路）,1.6剪力墙墙身分布筋,建筑地基基础设计规范8.4.5规定：“采用筏形基础的地下室墙体内应设置双面钢筋水平钢筋的直径不应小于12mm”。此条设计中一般不会执行，若审图提出，视沟通结果确定。,1.7边缘构件设计,剪力墙边缘构件分约束边缘构件（YBZ）和构造边缘构件（GBZ）两种。约束边缘构件高规7.2.14条第1款规定：一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于表7.2.14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。抗规6.4.5条第2款规定基本同上。,1.7边缘构件设计,约束边缘构件的基本构造要求详见高规7.2.15条及抗规6.4.5条第2款有关规定。需要注意的地方主要有以下两点：计算体积配箍率时，当混凝土强度等级低于C35时，应按C35取值；约束边缘构件箍筋一般采用三级钢，可减小体积配箍率，对控制含钢量有益。,1.7边缘构件设计,1.7边缘构件设计,构造边缘构件构造边缘构件的基本构造要求详见高规7.2.16条及抗规6.4.5条第1款有关规定。,1.7边缘构件设计,需要注意的地方主要有以下几点：构造边缘构件的阴影区尺寸，高规与抗规是有区别的，对于非高层建筑，可按抗规执行。高规7.2.16条第4款规定：抗震设计时，对于连体结构、错层结构以及B级高度高层建筑结构中的剪力墙（筒体），其构造边缘构件的最小配筋应符合下列要求：1）竖向钢筋最小量应比上表的数值提高0.001Ac；2）配箍特征值V不宜小于0.1。,1.7边缘构件设计,构造边缘构件与剪力墙重合时（非独立墙肢），箍筋可采用一级钢，易于加工，经济性可能也会稍好一些。此处用一级钢完全为构造做法，与SATWE前期输入的边缘构件箍筋强度等级无关，SATWE前期输入的边缘构件箍筋强度等级应该用于约束边缘构件的计算。竖向纵筋只有配筋率、根数、直径要求，对间距无明确要求，一般控制在不大于墙体竖向分布筋间距（200）为宜。（注：2012年设计思路）,1.7边缘构件设计,其他高规7.2.14条第3款，对B级高度高层建筑的剪力墙，有在约束边缘构件层与构造边缘构件层之间设置12层过渡层的规定。当地下室顶板为嵌固端时，地下室不属于底部加强部位，故不需配置约束边缘构件。按高规12.2.1条第4款及抗规6.1.14条第4款要求“地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积，不应小于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积”，简单概括为地上一层的剪力墙边缘构件纵筋向下延伸一层。此时相应地下室边缘构件箍筋按构造配置即可，无约束边缘构件配箍率要求。,1.8连梁设计,具体配筋构造要求详见高规7.2.27条规定。需要特别注意的地方是该条第4款的要求，即连梁高度大于700mm或跨高比2.5时的特殊规定，在02版高规中，这些属于强条（黑体字）。跨高比2.5的连梁，其两侧腰筋的总面积配筋率不应小于0.3%，当连梁宽度较大时，尤其需注意进行复核。一般情况下连梁高度范围内的墙肢水平分布筋在连梁内拉通作为连梁的腰筋，当遇特殊情况需另行配置时，腰筋应按抗扭腰筋“N”配置，两侧锚入剪力墙内LaE（La），如按构造腰筋“G”配置，两侧锚入剪力墙内15d，起不到应有的作用。,现行抗规、高规图集11G101-1混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板）图集14G330-1混凝土结构剪力墙边缘构件和框架柱构造钢筋选用（剪力墙边缘构件、框支柱）相关设计单位研究资料及设计图纸特别注明：本文所探讨的问题仅限最低构造要求，实配应同时满足计算值！,2.1探讨依据,剪力墙水平分布钢筋间距,我司剪力墙结构设计，墙体水平分布钢筋间距取值一般分两段：底部加强区（设置约束边缘构件时，再向上延伸一层）150，其他部位200。早些年在顶层也加密为150。以上属于概念设计的一部分，实际上规范条文对此并无具体规定，完全具备优化空间。,2.2目前存在的可优化空间,剪力墙水平分布钢筋间距,某工程剪力墙抗震等级三级，约束边缘构件设至标高8.600，右图为剪力墙墙身配筋表，上图为优化前，下图为优化后。各层剪力墙水平分布钢筋间距全部改为200，相应拉结筋竖向间距全部改为600。剪力墙竖向分布钢筋另议，200mm厚剪力墙竖向筋采用8200最为经济。,2.2目前存在的可优化空间,剪力墙水平分布钢筋间距简化后，绘制构造边缘构件详图时，独立墙肢的外围大套箍应明确标注。,2.2目前存在的可优化空间,剪力墙边缘构件纵筋间距,2.2目前存在的可优化空间,剪力墙边缘构件纵筋间距,假设剪力墙抗震等级四级，一般部位，构造配筋，构造边缘构件的最小配筋要求为：0.004Ac；412。Ac=180000，实配1212，配筋率0.754%远大于0.4%。优化为812+210，配筋率0.589%，节约20%以上，根数、直径及配筋率均满足规范要求。,与剪力墙分布筋配筋率对比：Y向配筋率113.1*6/(200*500)=0.679%，X向配筋率(113.1*6+78.5*2)/(200*600)=0.696%。剪力墙竖向分布钢筋顶多10200，配筋率为0.393%，远小于上述边缘构件配筋率。,2.2目前存在的可优化空间,剪力墙水平分布钢筋是否计入体积配箍率，构造做法存在不同：11G101-1第68、69页和72页。以下为11G101-1第68、69页详图（转角墙摘取做法三），为剪力墙水平分布钢筋不计入体积配箍率做法。,2.3约束边缘构件YBZ体积配箍率计入剪力墙水平分布钢筋,本图为11G101-1第72页详图，为剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率做法。约束边缘暗柱有两种做法，建议选用（二），节省钢筋，构造简单。由于阴影区每组箍筋单元由两道箍筋组成，交替布置，适用于剪力墙水平分布钢筋间距200，若采用150，则箍筋间距75偏密。,2.3约束边缘构件YBZ体积配箍率计入剪力墙水平分布钢筋,当采用剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率做法时，同一段约束边缘构件需画两张详图，交替布置，配箍率计算也分两步，并复核水平分布钢筋体积在配箍率中所占比率，会带来设计工作量的增加。总体而言剪力墙水平分布筋可以得到利用，相对节省，可作为含钢量极端控制时的终极手段。,2.3约束边缘构件YBZ体积配箍率计入剪力墙水平分布钢筋,某甲方提供的设计参考资料详见右图，为2013年作品。表达方式准确、直接，值得借鉴。,补充：关于“箍筋、拉筋重叠部分”2001版抗规和2002版高规均明确规定“计算复合箍的体积配箍率时，应扣除重叠部分的箍筋体积”。现行抗规及高规均无此明文规定，抗规6.3.9条文说明中指出“重叠部分对混凝土的约束情况比较复杂，如何换算有待进一步研究”。目前体积配箍率计算暂时不可计入重叠部分的箍筋体积，但实配值与目标值相差较小时（如5%），建议不再通过增大箍筋直径的方式造成体积配箍率超配过多。,2.3约束边缘构件YBZ体积配箍率计入剪力墙水平分布钢筋,抗规图6.4.5-2，高规图7.2.15：阴影区设置“箍筋”；非阴影区设置“箍筋或拉筋”，配箍特征值为阴影区的1/2。图集11G101-1第71页约束边缘暗柱、端柱、翼墙、转角墙均提供两种做法：“非阴影区设置拉筋”和“非阴影区外圈设置封闭箍筋”。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,我司非阴影区常规做法：外圈不设置封闭箍筋，剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率，制图比较简单，配筋量少，未见审图对此提出异议。存在以下问题：1、未指定剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率的特殊做法。2、计入的剪力墙水平分布钢筋的体积配箍率大于总体积配箍率的30%。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,图集14G330-1为混凝土结构剪力墙边缘构件和框架柱构造钢筋选用，其编制前提之一为“阴影区以箍筋为主；非阴影区外圈设置箍筋，其他为拉筋”。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,图集14G330-1剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率的构造做法如右图所示，与图集11G101-1第72页做法类似。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,图集14G330-1剪力墙约束边缘构件非阴影区的箍筋和拉筋配置原则：1、纵向钢筋的布置要求：纵向钢筋直径同剪力墙竖向分布钢筋，间距为200mm；2、非阴影区长度：取200mm的整数倍（当剪力墙竖向分布钢筋间距小于200mm时，应取剪力墙竖向分布钢筋间距的整数倍）且不小于计算值；3、非阴影区范围内箍筋及拉筋的配置原则：外圈设置封闭箍筋，该封闭箍筋伸入阴影区内一倍纵向钢筋间距，并箍住该纵向钢筋，封闭箍筋内设置拉筋（见右图）。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,右图为非阴影区外围设置封闭套箍前后对比。注：若剪力墙水平分布钢筋间距改为200，则YBZ非阴影区外围必须设置封闭箍筋，否则无法满足箍筋或拉筋竖向间距一级不宜大于100mm，二、三级不宜大于150mm的规定。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,图集14G330-1一些构造配筋的计算原则：1、V箍筋、拉筋及计入体积配箍率的水平分布钢筋扣除重叠部分后的体积配箍率（注：剪力墙水平分布钢筋计入体积配箍率需满足特定条件）。2、Acor外圈箍筋的内表面范围内的混凝土核心截面面积，3、Lv箍筋、拉筋及计入体积配箍率的水平分布钢筋计算长度，取与之垂直箍筋的中到中长度。我司剪力墙结构设计，计算体积配箍率时，核心截面面积、箍/拉筋长度计算方法各异，建议按上述方法统一。,2.4约束边缘构件YBZ非阴影区箍/拉筋做法,以右图为例：1、阴影区混凝土核心截面面积Acor(1000-15*2-10*2)*(200-15*2-10*2)+(300-15-10+15+10)*(200-15*2-10*2)2、阴影区箍筋长度Lv(1000-15*2-5*2)*2+