第7章 钢筋混凝土剪力墙设计

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/hw≥2，弯曲破坏。(2)中高墙——H/hw=1~2，弯剪破坏。(3)矮墙——H/hw<1，剪切破坏。另：剪力墙还可发生滑移破坏

(施工缝处截面)。7.1.2剪力墙设计要求1.剪力墙一般设计要求(1)实体墙(墙肢)承受轴力(压力或拉力)、弯矩、剪力的共同作用，与钢筋混凝土压弯构件(柱)的受力基本相同。(2)与柱子相比，它的截面往往薄而长(受力方向的高度与厚度之比大于4时，按剪力墙截面设计；不大于4时，宜按框架柱截面设计

)，沿截面高度方向需配置较多的分布钢筋。(3)剪力墙中剪力一般较柱大，故抗剪要求较高。(4)剪力墙必须依赖各层楼板作为支撑，保持平面外的稳定，在楼层之间也要保持局部稳定，必要时应验算平面外的承载力。(5)连梁主要承受弯矩和剪力，轴力可忽略。2.剪力墙延性抗震设计原则强墙(肢)弱(连)梁强剪弱弯限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件加强重点部位——底部加强部位(pp217)底部加强部位的高度可取底部两层和墙体总高度的1／10二者的较大值；底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起；当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。连梁特殊措施（保证延性）7.1.3

剪力墙结构设计的主要内容(1)正截面抗弯承载力→确定墙肢竖向抗弯钢筋(压弯或拉弯构件确定纵向钢筋)(2)斜截面抗剪承载力

→确定墙肢水平抗剪钢筋(3)裂缝控制(裂缝宽度)验算(4)平面外轴心受压承载力验算(6)连梁正截面抗弯承载力→受弯构件确定纵筋(7)连梁斜截面抗剪承载力→受弯构件确定箍筋(5)在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应进行局部受压承载力验算。

7.1.4剪力墙中的钢筋(1)墙肢竖向受力钢筋

——墙肢截面的端部钢筋(通过墙肢正截面承载力确定)(2)墙肢竖向分布钢筋

——墙肢截面的中部(通过墙肢正截面承载力或构造要求确定)(3)墙肢水平分布钢筋

——沿墙身高度分布(通过墙肢斜截面抗剪承载力确定)图7-9(4)连梁纵向钢筋

(5)连梁箍筋

——由连梁正截面承载力确定——由连梁斜截面承载力确定图7-117.2

墙肢设计7.2.1

控制截面及内力设计值1.控制截面(1)墙底截面——弯矩和剪力最大。(2)沿高度方向，在剪力墙断面尺寸改变或配筋变化的截面。(3)连梁的两端截面，弯矩和剪力都比较大。(4)控制截面要进行承载力计算(正截面及斜截面承载力)。2.内力设计值及调整按控制截面的最不利组合内力并对其进行调整后，作为截面内力设计值，需调整项目如下：2一级的剪力墙的底部加强部位以上的部位

一级剪力墙底部加强层以上的部位，墙肢截面的组合弯矩设计值乘以1.2

的增大系数；组合剪力设计值乘以1.3

的增大系数。1双肢剪力墙抗震设计的双肢剪力墙，其墙肢不宜出现小偏心受拉；当一个墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值乘以增大系数1.25。注：当一个墙肢出现水平裂缝时，刚度降低，由于内力重分布，剪力向无裂缝的另一个墙肢转移，使另一个墙肢内力加大。

3墙肢底部加强部位一、二、三级剪力墙墙肢底部加强部位，墙肢截面的剪力设计值按右式调整：注：为了加强墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早出现剪切破坏，实现强剪弱弯。

9度时一级应符合：V—底部加强部位墙肢截面剪力设计值；Vw—底部加强部位墙肢截面最不利组合的剪力计算值；Muwa—墙肢底部截面实配的抗震受弯承载力所对应的弯矩值；Mw—墙肢底部截面最不利组合的弯矩计算值；vw—墙肢剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。二、三级的其他部位及四级时可不调整——采用墙肢截面最不利组合的剪力设计值。

7.2.2

墙肢正截面压弯承载力

墙肢正截面压弯承载力计算基本同钢筋混凝土偏压构件(柱)。不同在于：——墙肢受拉区中的竖向分布钢筋可考虑部分参与受力，以减少端部钢筋数量。在受压区，不考虑分布筋的作用——由于竖向分布筋都比较细(多数在12以下)，容易产生压屈现象(如有可靠措施防止分布筋压屈，也可以考虑其作用)。1.大偏心受压承载力计算公式(≤b)(1)根据平截面假定，当≤b时，构件为大偏心受压，平衡配筋的受压区相对高度为：

(2)受拉钢筋应力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)。(见图7-3)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。

γRE——承载力抗震调整系数。剪力墙取0.85。2.

小偏心受压承载力计算(>b)(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/N＞hw/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7－5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。

γRE——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。

γRE——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1～2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λv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。①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。②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:Vb≤0.7ftbh0+fyvAsvh0/s(2)有地震作用组合时:跨高比＞2.5：REVb≤0.42ftbh0+fyvAsvh0/s跨高比≤2.5：REVb≤0.38ftbh0+0.9fyvAsvh0/s7.3.6连梁构造要求1.最小截面尺寸(pp234)

(1)无地震作用组合时：Vb≤0.25cfcbbhb0(2)有地震作用组合时：跨高比＞2.5：REVb≤0.2cfcbbhb0跨高比≤2.5：REVb≤0.15cfcbbhb02、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