同济大学 高层建筑 第四章 4.5

1、第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4 4. .6 6 剪力墙构件设计和构造剪力墙构件设计和构造 剪力墙是一种承受压、弯、剪共同作用的抗侧能力强的构件，剪力墙是一种承受压、弯、剪共同作用的抗侧能力强的构件，它的截面设计的它的截面设计的基本要求基本要求是：是：l 在在正常使用荷载及风荷载、小地震作用正常使用荷载及风荷载、小地震作用下，结构应处于弹性下，结构应处于弹性工作阶段，裂缝宽度不能过大，这时需满足强度、变形和抗工作阶段，裂缝宽度不能过大，这时需满足强度、变形和抗裂性等要求；裂性等要求；l 在在中等强度地震作用中等强度地震作用下（设防烈度），允许进入弹塑性状态，下（设防烈度

2、），允许进入弹塑性状态，必须保证在非弹性变形的反复作用下，有足够的承载力、良必须保证在非弹性变形的反复作用下，有足够的承载力、良好的延性和一定的变形能力；好的延性和一定的变形能力；l 在在强烈地震作用强烈地震作用（罕遇烈度）下，剪力墙不允许倒塌。（罕遇烈度）下，剪力墙不允许倒塌。第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求1.1.截面设计原则延性剪力墙截面设计原则延性剪力墙 墙肢墙肢 1 1、强墙弱梁、强墙弱梁（破坏机制）：连梁先于墙肢屈服（破坏机制）：连梁先于墙肢屈服( (框架框架剪力墙结构中，联系梁同样要弱于剪力墙剪力墙结构中，联系梁同样要弱于剪力墙) ) 2 2、强剪弱弯、强剪

3、弱弯：包括塑性铰区域在内任何区域均不能出：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。现剪切破坏和锚固破坏。充分发挥抗拉钢筋的延性。 3 3、限制轴压比、限制轴压比 4 4、设置边缘构件、设置边缘构件 5 5、尽可能出现大偏压；不能出现小偏拉。、尽可能出现大偏压；不能出现小偏拉。 6 6、剪力墙的破坏形态与剪跨比有关、剪力墙的破坏形态与剪跨比有关（中）高墙（中）高墙第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求l 连梁连梁1 1、强剪弱弯、强剪弱弯 连梁也同样要强剪弱弯连梁也同样要强剪弱弯2 2、抗剪配筋、抗剪配筋 配筋形式配筋形式交叉斜筋交叉斜筋大

4、配筋量大配筋量3 3、连梁尺寸、连梁尺寸1.1.截面设计原则延性剪力墙截面设计原则延性剪力墙第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求2.2.剪力墙结构设计概要剪力墙结构设计概要一、剪力墙结构布置概要一、剪力墙结构布置概要 结构布置结构布置 尺寸和材料尺寸和材料三、剪力墙截面设计过程概要三、剪力墙截面设计过程概要墙肢截面设计墙肢截面设计连梁截面设计连梁截面设计 构造边缘构件构造边缘构件二、剪力墙计算过程概要二、剪力墙计算过程概要 组合弯矩计算值组合弯矩计算值 强墙弱梁调整和强剪弱弯调整强墙弱梁调整和强剪弱弯调整第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求3.3.内力设计值

5、选取内力设计值选取 两种组合两种组合：有、无地震作用：有、无地震作用 内力设计值内力设计值：组合最不利内力或调整后的内力：组合最不利内力或调整后的内力 控制截面控制截面： 墙底截面：弯矩最大，底部加强区墙底截面：弯矩最大，底部加强区( (高度截面高度高度截面高度) ) 尺寸尺寸( (厚度厚度) )改变处截面改变处截面 材料改变的截面（混凝土强度等级和材料改变的截面（混凝土强度等级和/ /或钢筋配筋）或钢筋配筋） 强剪弱弯调整强剪弱弯调整：增加剪力的组合设计值。：增加剪力的组合设计值。 强墙弱梁调整强墙弱梁调整：减小连梁弯矩设计值。：减小连梁弯矩设计值。第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计

6、算及设计要求4.4.墙肢截面设计墙肢截面设计正截面抗弯承载力计算正截面抗弯承载力计算 大偏心受压大偏心受压( (拉拉) )承载力计算承载力计算 小偏心受压小偏心受压( (拉拉) )承载力计算承载力计算斜截面抗剪承载力计算斜截面抗剪承载力计算水平荷载水平荷载竖向荷载竖向荷载弯矩弯矩M M剪力剪力V V轴力轴力N N墙肢墙肢正截面抗弯承载力计算正截面抗弯承载力计算斜截面抗剪承载力计算斜截面抗剪承载力计算连梁连梁第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求拉筋拉筋箍筋箍筋水平水平( (横向横向) )分布筋分布筋抗剪抗剪竖向分筋竖向分筋抗弯抗弯端部纵筋端部纵筋竖向抗弯竖向抗弯边缘构件边缘构件

7、l 竖向：竖向：端部钢筋和竖向分布钢筋共同端部钢筋和竖向分布钢筋共同抗弯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 验算验算获得获得竖向分布钢筋按竖向分布钢筋按构造构造配筋同时也参与抗弯配筋同时也参与抗弯l 水平：水平：水平分布钢筋水平分布钢筋抗剪抗剪，需通过斜截面抗剪承载力，需通过斜截面抗剪承载力计算计算确定。确定。第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求剪力墙的厚度剪力墙的厚度 按抗震等级为一二级设计时按抗震等级为一二级设计时 一般剪力墙的厚度一般剪力墙的厚度 底部加强部位底部加强部位（指墙肢总高度的（指墙肢总高度的1

8、/81/8和底部两层的较大值和底部两层的较大值，且不大于，且不大于15m15m）的墙体厚度）的墙体厚度u 确定剪力墙的厚度确定剪力墙的厚度ww1bh b160mm20且且 ww1bh b200mm16且且 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4.14.1、内力设计值、内力设计值l 轴力设计值轴力设计值 最不利组合轴力最不利组合轴力l 弯矩设计值、剪力设计值弯矩设计值、剪力设计值 沿高度分两段：沿高度分两段： 1 1）加强部位以上）加强部位以上 2 2）底部加强部位）底部加强部位 进行不同的调整进行不同的调整 1. 1.加强部位以上的弯矩、剪力调整加强部位以上的弯矩、剪力调整

9、一级：墙肢的一级：墙肢的组合弯矩组合弯矩设计值乘以增大系数设计值乘以增大系数1.21.2；组；组合合剪力剪力设计值乘以增大系数设计值乘以增大系数1.31.3。 二、三、四级：不调整。二、三、四级：不调整。组合弯矩组合弯矩1.21.2倍组合弯矩倍组合弯矩底部底部加强层加强层第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求n 底部加强部位底部加强部位： 抗震设计时，为保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够大的抗震设计时，为保证剪力墙底部出现塑性铰后具有足够大的延性，应对可能出现塑性铰的部位加强抗震措施，包括提高抗延性，应对可能出现塑性铰的部位加强抗震措施，包括提高抗剪切破坏的能力，设置边缘约束构

10、件等，该加强部位称为剪切破坏的能力，设置边缘约束构件等，该加强部位称为“底底部加强部位部加强部位”。高规高规规定：规定： 1 1）从地下室顶板算起；）从地下室顶板算起； 2 2）高度范围可取底部两层和墙体总高度的）高度范围可取底部两层和墙体总高度的1/1/8 8二者的较大值；二者的较大值； 3 3）计算嵌固端位于地下一层地板或以下时，底部加强部位宜）计算嵌固端位于地下一层地板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。延伸到计算嵌固端。第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求2.2.加强部位以上的弯矩、剪力调整加强部位以上的弯矩、剪力调整wvwVV底部加强部位墙底部加强部位墙肢最不

11、利组合的肢最不利组合的剪力设计值剪力设计值底部加强部位墙底部加强部位墙肢的剪力设计值肢的剪力设计值墙肢剪力放大系数墙肢剪力放大系数( (一、二、三、四级分别一、二、三、四级分别为为1.6,1.4,1.2,1.0)1.6,1.4,1.2,1.0)1 1）弯矩不作调整）弯矩不作调整2 2）强剪弱弯调整强剪弱弯调整：增加剪力的组合设计值：增加剪力的组合设计值第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求抗震设计的双肢剪力墙，其墙肢不宜出现小偏心受拉；当任抗震设计的双肢剪力墙，其墙肢不宜出现小偏心受拉；当任一墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值一墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设

12、计值及剪力设计值应乘以增大系数应乘以增大系数1.251.25。轴力为拉力轴力为拉力可能出现裂缝可能出现裂缝刚度降低刚度降低弯矩、剪力弯矩、剪力设计值增大设计值增大3.3.双肢剪力墙双肢剪力墙小偏心受拉小偏心受拉的弯矩、剪力调整的弯矩、剪力调整第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求墙肢出现墙肢出现偏心受拉时偏心受拉时另一墙肢的弯矩和剪另一墙肢的弯矩和剪力设计值应放大力设计值应放大双肢墙双肢墙W 1VW1NW1MW2NW21.25VW21.25M3.3.小偏心受拉小偏心受拉的弯矩、剪力调整的弯矩、剪力调整第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4.44.4、墙肢的墙肢

13、的正截面承载力计算正截面承载力计算 1 1）偏心受压）偏心受压 破坏特征与一般偏压构件相同，其特殊性在于剪力墙中破坏特征与一般偏压构件相同，其特殊性在于剪力墙中除配有端部受力钢筋之外，在腹板中还设有竖向分布钢筋除配有端部受力钢筋之外，在腹板中还设有竖向分布钢筋A Aswsw，见下图：，见下图：因此，应在公式中体现因此，应在公式中体现A Aswsw的作用。的作用。ssAsAswAshA1.5xx第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求大偏压墙肢：大偏压墙肢：由于在中和轴附近的竖向分布钢筋达不到屈服，由于在中和轴附近的竖向分布钢筋达不到屈服，故在计算中故在计算中仅考虑仅考虑1.5x1

14、.5x范围外的受拉竖向分布钢筋的作用范围外的受拉竖向分布钢筋的作用，其他竖向分布钢筋的作用则忽略不计，所以在大偏压墙肢计其他竖向分布钢筋的作用则忽略不计，所以在大偏压墙肢计算公式中比一般大偏压构件公式在投影方程中多了一项拉力算公式中比一般大偏压构件公式在投影方程中多了一项拉力sww0wywwN(h1.5x )b f 2sww0wyww1M(h1.5x ) b f2 在取矩方程中多了一项弯矩在取矩方程中多了一项弯矩 无论是矩形还是工字型截面大偏压墙肢，只要在一般大偏压无论是矩形还是工字型截面大偏压墙肢，只要在一般大偏压构件的基本公式中加上上述两项，就成为相应的大偏压墙肢计构件的基本公式中加上上述

15、两项，就成为相应的大偏压墙肢计算公式。加上上述两项之后，算公式。加上上述两项之后，并不增加公式中的未知数并不增加公式中的未知数，两个两个公式，两个未知数公式，两个未知数（x, Ax, As s），在公式适用条件范围内有唯一解。），在公式适用条件范围内有唯一解。第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求小偏压墙肢小偏压墙肢：由于压区混凝土受压承载力已经足够，故：由于压区混凝土受压承载力已经足够，故不考不考虑虑竖向分布钢筋的作用，计算公式与一般小偏压构件计算公竖向分布钢筋的作用，计算公式与一般小偏压构件计算公式完全相同。式完全相同。 当有地震作用时，应考虑承载力调整系数当有地震作用时，

16、应考虑承载力调整系数RERE=0.85=0.85。2)2)、大、小偏心受压的判别大、小偏心受压的判别b 当当b 为大偏心受压为大偏心受压当当为小偏心受压为小偏心受压0 xh x 剪力墙墙肢受压区高度剪力墙墙肢受压区高度0h 剪力墙墙肢截面计算高度剪力墙墙肢截面计算高度1bys f10.0033 E 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求 x 大偏心受压极限应力状态大偏心受压极限应力状态3)3)、大偏心受压承载力计算大偏心受压承载力计算 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求N0 M 0 w0syw0sysswyww0w0w0hxxxN eA fhA fa2222

17、A fhx h1.5xh24 0MeN swA:对混凝土的中心取距对混凝土的中心取距腹板中竖向分布钢筋总面积，布置高度腹板中竖向分布钢筋总面积，布置高度h hw w 范围内范围内基本公式基本公式 ( (列平衡方程列平衡方程) )sw1c wsysyw0yww0ANf b xA fA f(h1.5x )fh 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求对称配筋下：对称配筋下：ssAA 非对称配筋下：非对称配筋下： 先假定其一再求解。对先假定其一再求解。对T、I同梁同梁 ssAA SWywwoSywowoSWywSWSWSywoSSywoSWywSWwowoSWywAfxNMh11A f

18、h2hAfMMMMA fh A =AfhAfxNMh11 2hAf 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4)4)、小小偏心受压承载力计算偏心受压承载力计算 小偏心受压极限应力状态小偏心受压极限应力状态第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求M0 N0 1cwsysyNf b xA fA f w01cww0syw0hxN(e-a )f bx(h)A f (ha)22 1syb1 f 对受拉钢筋取矩对受拉钢筋取矩对受拉钢筋应力对受拉钢筋应力 据平截面假定确定，据平截面假定确定，为简化为简化计算可采用计算可采用s 配筋计算配筋计算 对称配筋对称配筋 A As s= =

19、AAs s 直接求直接求求求A As s, , AAs s 非对称配筋非对称配筋 按端部构造配筋要求给定按端部构造配筋要求给定A As s 求求求求AAs s第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4.54.5、斜截面抗剪斜截面抗剪承载力计算承载力计算 剪力墙的剪切破坏剪力墙的剪切破坏 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求4.54.5、斜截面抗剪斜截面抗剪承载力计算承载力计算 1 1、墙肢的墙肢的最小截面尺寸最小截面尺寸 - -限制限制剪压比剪压比 为了避免剪力墙产生斜压破坏，要限制剪压比，即混凝为了避免剪力墙产生斜压破坏，要限制剪压比，即混凝土截面平均剪应力与

20、混凝土抗压强度的比值，剪力墙的剪土截面平均剪应力与混凝土抗压强度的比值，剪力墙的剪压比值过高，会在早期出现斜裂缝，抗剪钢筋不能发挥作压比值过高，会在早期出现斜裂缝，抗剪钢筋不能发挥作用，即使配置很多的抗剪钢筋，也会过早发生剪切斜压破用，即使配置很多的抗剪钢筋，也会过早发生剪切斜压破坏。因此，剪力墙的界面尺寸应符合下列要求：坏。因此，剪力墙的界面尺寸应符合下列要求：1 1）无地震作用组合时）无地震作用组合时wcc ww V0.25f b h 第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求2 2）有地震作用组合时）有地震作用组合时wcc wwREwcc wwRE12.5 V(0.20f b

21、 h )12.5 V(0.15f b h )如果不满足要求，则应该如果不满足要求，则应该提高截面面积或混凝土强度等级提高截面面积或混凝土强度等级CC0CCMV hM,V 式式中中：计算截面处的剪跨比计算截面处的剪跨比分别取与分别取与V VW同一组合的、未调整的弯矩和剪力设计值同一组合的、未调整的弯矩和剪力设计值RE承载力抗震调整系数，取承载力抗震调整系数，取0.850.85Vw-Vw-剪力墙截面组合的剪力设计值，应按规定调整剪力墙截面组合的剪力设计值，应按规定调整b bw w,h,hwowo- -剪力墙截面厚度和有效高度剪力墙截面厚度和有效高度第四章第四章 剪力墙计算及设计要求剪力墙计算及设计要求wshtww0yhw0AA1V(0.5 f b h0.13N)fh0.5As 2.偏心受压（拉）斜截面抗剪承载力验算偏心受压（拉）斜截面抗剪承载力验算混凝土项混凝土项wshtww0yhw0REAA11V(0.4f b h0.1N) 0.8fh 0.5As 轴力项轴力项水平分布筋项水平分布筋项（1 1）无地震作用组合）无地震作用组合（2 2）有地震作用组合）有地震作用组合对于偏心受压构件，轴压力有利于抗剪承载力，但压力增大对于偏心受压