剪力墙边缘构件设计

剪力墙边缘构件设计目录一、钢筋砼竖向构件的分类标准、剪力墙的基本特点二、剪力墙结构中的几个重要概念三、剪力墙边缘构件设计四、SATWE软件“剪力墙纵筋输出结果”及“剪力墙组合配筋”功能介绍五、剪力墙施工图绘制及注意事项一、钢筋砼竖向构件的分类标准、剪力墙的基本特点钢筋砼竖向构件分类：普通柱：矩形截面，截面高宽比h/b≤4，抗震设计时宜控制h/b≤3；异形柱：L形、T形和十字形截面，截面各肢的肢高与肢厚比h/b≤4；剪力墙：矩形、L形、T形和十字形截面,截面各肢的肢高与肢厚比h/b＞4。剪力墙属于截面呈片状（截面高度hw远大于截面厚度bw）的偏心受压或偏心受拉构件，其特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都很小。结构设计时主要利用其平面内刚度承受墙身平面内的水平力。注：剪力墙抗震延性设计的两个主要构造措施①限制墙肢的轴压比；②当底部墙肢轴压比超过一定限值后在墙肢两端设置约束边缘构件。约束边缘构件内的纵筋可减小墙肢的相对受压区高度，箍筋可有效约束混凝土，提高混凝土极限应变值，使墙肢在罕遇地震作用下有较好的塑性变形能力。从抗弯角度，钢筋集中配置在端头还可提高墙肢截面的内力臂长度。二、剪力墙结构中的几个重要概念1．短肢剪力墙：短肢剪力墙是指墙肢截面厚度≤300，且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。（短肢剪力墙承担较大轴力和剪力，受力特点接近异形柱，抗震性能较差，需加强。）注：①“截面厚度≤300”是指墙的各肢；②当墙肢一侧或两侧与跨高比≤2.5，且截面高度≥400的强连梁相连时，可按整体墙考虑其肢厚比。*SATWE软件对短肢剪力墙的判别：（通过判断识别，实现对短肢墙轴压比、内力调整控制）1）墙的各肢截面厚度均≤300，且各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙判断为短肢剪力墙；2）对于墙肢数量≥3（即交汇在同一点的墙肢方向超过3个）的多肢剪力墙以及Z字形墙的腹板墙肢，无论各肢的截面高度与厚度之比的最大值是否小于8，均不判断为短肢剪力墙。（此条与规范不一致，需手工调整该墙内力，可采取放大地震力简单复核该墙肢）多肢墙Z字型墙2．具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构：在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承受的底部地震倾覆力矩等于30%~50%的结构底部总地震倾覆力矩,此类剪力墙结构称之为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。（这种剪力墙结构的最大适用高度比普通剪力墙结构适当降低，同时限制不得用于9度区或B级高度建筑）3．有效翼墙、端柱：剪力墙的翼墙长度小于翼墙厚度的3倍或端柱截面边长小于2倍墙厚时，属于无效翼墙、无效端柱。（相对于一字形截面墙，有效翼墙、端柱可提高剪力墙墙肢的稳定性，并分担墙肢的轴压力，从而减小墙肢的受压区高度即塑性变形区域）有效翼墙、端柱见：4．底部加强部位：剪力墙塑性铰出现的区域，即抗震延性设计的重点部位。《抗规》6.1.10条、《混规》11.1.5条及《高规》7.1.4条、10.2.2条均对剪力墙底部加强部位的给出了具体规定，大致如下：1）底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起。2）部分框支剪力墙结构的剪力墙，底部加强部位的高度取框支层加框支层以上两层的高度和落地剪力墙总高度的1/10二者的较大者。其它结构的剪力墙，房屋高度大于24m时，底部加强部位的高度可取底部两层和墙肢总高度的1/10二者的较大者；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：①《抗规》6.1.10条文说明中提到，当带有大底盘裙房时，底部加强部位的高度也可以延伸至裙房以上一层；②《高规》10.6.3条要求，大底盘塔楼结构中与裙房相连的剪力墙，从嵌固端至裙房屋面上一层的高度范围内，宜设置约束边缘构件。三、剪力墙边缘构件设计1．剪力墙边缘构件的设置原则：《高规》7.2.14条规定：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的设置约束边缘构件；一、二、三级剪力墙的其他部位以及四级剪力墙和非抗震设计的剪力墙均应设置构造边缘构件。注：墙肢“底层轴压比”①对于墙肢在底部加强区范围内截面尺寸，砼强度保持不变时，可理解为“计算嵌固端所在层的轴压比”；②对于墙肢在底部加强区范围内截面尺寸、砼强度有变化时，可理解为“底部加强区同一墙肢各层轴压比的最大值”；③对于多肢墙，按各肢墙轴压比分别取用。2．约束边缘构件：1）约束边缘构件沿墙肢长度Lc、阴影区纵向配筋率、配箍特征值λv按下表：注：1、翼墙长度小于翼墙厚度3倍时，视为无翼墙剪力墙；端柱截面边长小于墙厚2倍时，视为无端柱剪力墙；确定约束边缘构件沿墙肢长度Lc时，应遵守有效翼墙、端柱的定义；确定约束边缘构件阴影区域时，有效翼墙、端柱的定义不再适用。（注意互为翼墙、相互影响的概念）2、表中墙肢轴压比λ一般可按底部加强区同一墙肢各层轴压比的最大值取用；（严格意义上讲可按不同楼层不同轴压比进行取用）3、表中箍筋或拉筋沿竖向的最大间距要求，对阴影区域和非阴影区域均适用；4、箍筋或拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300mm，且不应大于竖向钢筋间距的2倍。2）约束边缘构件的具体配筋要求：①阴影区纵向钢筋间距宜取150mm左右；非阴影区纵向钢筋直径同剪力墙竖向分布筋，间距一般取150mm（即非阴影区长度：取150mm的整数倍，且不小于Lc计算值）。②阴影区尽可能采用箍筋，且箍筋的长边不宜大于短边的3倍。当采用沿周边大套箍形式，大套箍长边尺寸大于短边尺寸3倍时，可在套箍中部设置1道拉筋，该拉筋同时勾住套箍和纵筋；或将大套箍分解成两个小套箍，相互搭接1倍纵筋间距，并勾住纵向钢筋。（套箍无支长度过大时，起不到应有的约束作用）详见下图：③非阴影区箍筋及拉筋做法：外围设置封闭箍筋，改箍筋伸入阴影区1倍纵向钢筋间距，并箍住该纵向钢筋，封闭箍筋内设置拉筋。3）考虑墙身水平分布筋计入约束边缘构件体积配箍率做法①计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%；(此条要求是考虑到墙身水平筋同时也是墙肢抗剪受力钢筋)②水平分布钢筋应伸入约束边缘构件阴影区，在墙端有90°弯折后延伸到另一排分布钢筋并勾住其竖向钢筋；（根据此条要求，水平分布筋长度需增加）③水平分布钢筋的位置（标高）应与约束边缘构件阴影区箍筋位置（标高）相同。（一般情况，墙身水平筋间距为200mm，如需满足此条要求，阴影区只能另附加间距200mm的套箍，二者叠加后阴影区实际的“箍筋”间距为100mm，可能比计算需要大，造成浪费）*结论：采用计入墙身水平分布筋的做法整体节省钢筋量有限，甚至未必省，且施工难度增加，一般不采用。3．构造边缘构件：1）构造边缘构件的范围按下图阴影部分采用：①《抗规》6.4.5条：②《高规》6.4.5条：2）“一般剪力墙”（连体结构、错层结构以及B级高度高层建筑以外的剪力墙）构造边缘构件的配筋要求如下表：3）“非一般剪力墙”（连体结构、错层结构以及B级高度高层建筑中的剪力墙）构造边缘构件的配筋要求如下：①竖向钢筋最小量应比“一般剪力墙”规定数值提高0.001Ac；②阴影部分配箍特征值λv不宜小于0.1。4）构造边缘构件的具体配筋要求：①底部加强区及底部加强区以上部位的转角墙构造边缘构件应尽可能采用箍筋，其它情况可采用外围大套箍加全部拉筋做法。②当为构造配筋时，纵筋间距一般取200mm，箍筋或拉筋逐根纵筋设置；③当为计算配筋时，纵筋间距一般取150mm，箍筋或拉筋间隔1根纵筋设置。四、SATWE软件“剪力墙纵筋输出结果”及“剪力墙组合配筋”功能介绍1．“剪力墙纵筋输出结果”及配筋原则：1）对墙长＞4倍墙厚时，输出结果为墙一端暗柱的配筋总面积（可均配）；2）对墙长≤4倍墙厚时，程序按柱配筋，输出结果为墙端头第一排纵筋的总面积（不可均配）。注：SATWE软件对墙长的定义是指PMCAD建模中墙肢两端节点间距离，不同于通常意义上的墙长。3）对于L形、T形暗柱，可计入翼缘内钢筋面积，但全截面配筋值需满足两向墙肢计算值之和。2．“剪力墙组合配筋”功能：1）默认状态下SATWE软件在计算剪力墙配筋时是针对每一个直墙段进行的，在多肢墙墙肢交汇点处，程序取各段墙肢端部配筋之和输出边缘构件配筋值（见下图）。此方法一般情况下偏于保守，配筋偏大，它未考虑端柱、翼墙或转角墙的协同作用，忽略了相连墙肢对彼此受力的贡献，人为地分割成一段段直线墙，且按各段直线墙的最不利工况进行截面设计。（根据《混规》9.4.3条，墙肢截面设计时可计入翼缘的有利影响）2）“剪力墙组合配筋”是针对剪力墙上述不合理配筋提出的一种解决方案。它是基于平截面假定的双偏压配筋计算方法，程序参照了《混凝土异型柱结构技术规程》的相关算法。该菜单的基本操作方法详见2010版SATWE说明书。注：SATWE软件提供“剪力墙组合配筋”方法，并非是对所有剪力墙都采用这个方法配筋，一般只是在使用默认直段墙方法计算得到的配筋较大或配筋异常时采用该方法重新修改验算，以得到更加经济合理的配筋结果。此外，“剪力墙组合配筋”方法也不适用于较长墙肢。（墙肢太长时变形不符合平截面假定，一般控制在8m以内）五、剪力墙施工图绘制及注意事项1．剪力墙边缘构件在墙柱平面图中表示，并配以暗柱配筋详图列表。如设置约束边缘构件，其相应的非阴影区域应在平面图中示出，并配以非阴影区域的通用做法详图。2.暗柱编号应按图集《11G101-1》要求区分约束暗柱YBZ*和GBZ*。注意《11G101-1》图集给出拉筋的做法有3种，需设计指明，一般应选择同时勾住纵筋和箍筋的做法。3.短肢剪力墙除按正常要求设置边缘构件外，全截面竖向钢筋的配筋率尚应满足底部加强区1.2%（一、二级）、1.0%（三、四级）；其它部位1.0%（一、二级）、0.8%（三、四级）。4.当墙肢的截面高度与厚度之比≤3（多层建筑）、4（高层建筑）时，应按框架柱的要求进行设计，具体为：①纵筋满足框架柱的单侧、全截面配筋率要求；②箍筋直径、间距满足框架柱加密区和非加密区要求；③当为短柱时，箍筋应全高加密，且体积配箍率不小于1.2%；④框架柱的抗震等级可取同剪力墙。（详见《抗规》6.4.6条、《高规》7.1.7条）5.当墙肢端头设有端柱时，端柱的纵向钢筋配筋率、箍筋直径和间距应满足框架柱的相应要求。6.当暗柱之间的净距不大于400mm时，两端暗柱与中间墙体宜合并整体表示，以暗柱箍筋代替墙身水平分布筋，此时箍筋直径不应小于相应墙身水平筋直径。但需注意以下几点：①对约束边缘构件不赞成简单采用此做法，考虑到墙身水平筋是墙肢抗剪受力钢筋，而暗柱内箍筋的作用是有效约束砼，二者无法相互替代，且与规范要求的“计入水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%”相悖。这种情况下，建议加大外围套箍直径。实际操作可在计算阴影区体积配箍率时，外围套箍的长向肢仅计入1根，另1根用于墙身抗剪，实际配筋时外围套箍直径按二者较大值取用。②对与约束边缘构件竖向连通的构造边缘构件，如其所属墙肢相对于下层截面尺寸变化，刚度突变，导致墙肢轴压比＞0.3时，也宜加强外围套箍。③当上述两种情况已属于第4条提及的短柱情况时，按第4条要求确定箍筋配置，可不再考虑箍筋与水平筋相互替代的不利影响。7.当平面外有梁搁置在墙肢中部时，该搁置点处应设置暗柱。按下述两种情况：①梁与墙铰接时，暗柱截面、配筋可套用一字形构造边缘构件要求；②梁与墙刚接时，暗柱的截面高度可取墙的厚度，暗柱截面宽度可取梁宽加2倍墙厚；暗柱内纵筋配筋率按下表，并按梁端计算弯矩复核暗柱纵筋；暗柱的箍筋直径不小于8mm（一、二、三级）、6mm(四级)；箍筋间距不大于150mm（一、二、三级）、200mm(四级)。8.对十字形剪力墙，可按两片剪力墙分别在各自端部设置边缘构件，交叉部位按构造边缘构件设置。9.对于地下室墙肢边缘构件的设计，可按以下两种情况区别对待：①上部结构嵌固在地下室顶板时，地面一层所有暗柱向下延伸一层，当地下室墙肢变厚时，暗柱截面厚度相应加厚，长