钢筋混凝土剪力墙结构设计

钢筋混凝土剪力墙结构设计内容概述墙肢设计连梁设计概述一．剪力墙分类1.按几何形式分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)剪力墙的类型(a)悬臂剪力墙(e)带边框剪力墙(b)双肢剪力墙(c)井筒(d)框支剪力墙2.根据剪力墙的高宽比及受力破坏特征分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/hw1，剪切破坏另剪力墙还可发生滑移破坏(施工缝处截面)剪力墙破坏形态(a)弯曲破坏(b)弯剪破坏(c)剪切破坏(d)滑移破坏二、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但与柱子相比，它的截面往往薄而长(受力方向的高宽比大于4时，按剪力墙截面设计)，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连梁特殊措施（保证延性）三、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2.墙肢竖向分布钢筋——墙肢竖向分布钢筋3.墙肢水平分布钢筋——沿墙身高度分布4.连梁纵向钢筋5.连梁箍筋四、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.平面外抗压承载力验算5.连梁正截面抗弯承载力→受弯构件确定纵筋6.连梁斜截面抗剪承载力→受弯构件确定箍筋墙肢设计一、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控制截面的最不利组合内力或对其进行调整后的内力值，取法如下：(1)抗震等级为一级的剪力墙的弯矩设计值底部加强部位及以上一层，采用墙肢底部截面组合的弯矩值其他部位，取墙肢截面最不利组合弯矩计算值乘以1.2(2)其他抗震等级和非抗震设计剪力墙的弯矩设计值采用墙肢截面最不利组合的弯矩计算值(3)双肢剪力墙当一个墙肢为大偏心受拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值乘以增大系数1.25(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)(4)抗震等级一、二、三级剪力墙墙肢底部加强部位：墙肢截面的剪力组合值按右式调整：(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)WVWVV9度时尚应符合：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—墙肢剪力放大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2二、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：scuybEf11(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)墙肢大偏心受压截面应变和应力分布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：42)5.1(2222)5.1(00000001xhhfAxhaxfAxhfAxheNfhAxhfAfAxbfNwwywswwyswyswuywwswwysyswcu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=MN2.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)剪力墙截面的抗弯承载力计算和柱子相同。ahfAxhxbfaheNAfAxbfNwyswwcwussyswcu0010122墙肢小偏心受压截面应力分布三、墙肢偏心受拉承载力计算1.墙肢受拉情况分析(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，连梁两端比较容易服形成塑性铰，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8m⑤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-a②受拉钢筋应力达到屈服，即s=fy③分布钢筋达到屈服应力fyw④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)墙肢大偏心受拉压截面应力分布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：42)5.1(2222)5.1(00000100xhhfAxhaxfAxhfAxheNfAxbffhAxhfANwwywswwyswyswuyswcywwswwysu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=MN四、斜截面抗剪承载力计算1.剪力墙中斜裂缝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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)斜拉破坏——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:00)13.05.0(5.01wshyh(2)有地震作用组合时:008.0)1.04.0(5.011wshyh4.偏心受拉斜截面抗剪承载力(1)无地震作用组合时:00)13.05.0(5.01wshyh(2)有地震作用组合时:008.0)1.04.0(5.011wshyh五、墙肢构造要求1.混凝土强度等级，不低于C20，核心筒不低于C252.最小截面尺寸(1)最小厚度的要求(2)剪压比限值的要求3.分布钢筋(1)墙肢竖向及横向分布钢筋的最小配筋要求(2)分布钢筋的设置要求4.轴压比限值5.边缘构件(1)边缘构件：约束边缘构件、构造边缘构件对延性要求比较高的剪力墙，在可能出现塑性铰的部位应设置约束边缘构件，其他部位可设置构造边缘构件约束边缘构件——用箍筋约束的暗柱、端柱、翼墙约束边缘构件的截面尺寸及配筋都比构造边缘构件要求高，其长度及箍筋配置量都需要通过计算确定构造边缘构件的箍筋较少，对混凝土的约束程度较差约束边缘构件：在一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部设置；构造边缘构件：在一、二级抗震设计剪力墙的其他部位以及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部设置剪力墙墙肢的约束边缘构件(2)约束边缘构件约束边缘构件的形式约束边缘构件的设置要求约束边缘构件的体积配箍率由配箍特征值λv确定(3)构造边缘构件构造边缘构件的范围构造边缘构件的设置要求yvcvvff剪力墙墙肢构造边缘构件的范围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非抗震设计不小于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连梁设计一、连梁内力设计值1.弯矩设计值：弯矩调幅折减连梁刚度将弯矩组合值折减2.剪力设计值9度和一级抗震时尚应符合以下要求：GbnlburbubVlMMV1.1按“强剪弱弯”要求，将由弯矩产生的剪力放大vb倍。GbnlbrbvbbVlMMV)(式中：vb——梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，vb分别为1.31.2、1.1。超限高层建筑的特一级，按一级再增大20％。二、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:)(0ahAfMbsyb(2)有地震作用组合时:)(10ahAfMbsyREb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/s三、连梁构造要求1.最小截面尺寸Vb≤0.25cfcbbhb0(1)无地震作用组合时：(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.截面配筋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10mm，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)的面积配筋率不应小于0.3％课程结束，谢谢听讲！高层建筑结构设计湖北工业大学土木工程与建筑学院