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1、第十六章 钢筋砼抗震墙结构,田 英2011-5-31,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第十六章 钢筋砼抗震墙结构 16-1 钢筋砼抗震墙结构的抗震性能 框架结构是由钢筋砼纵梁、横梁和柱等构件所组成的承重体系。抗震墙结构是由纵横两方向的钢筋混凝土墙(剪力墙)组成。框架抗震墙结构是在框架里布置剪力墙。,（a）框架结构(b)剪力墙结构(c)框架剪力墙结构,框架结构特点：空间大，平面布置灵活。抗侧刚度低。抗震墙结构特点：空间小，平面布置不灵活。抗侧刚度高。框架结构抗震墙结构特点：具有两者的优点，且变形更均匀。,高层建筑的内力与H2成正比，而顶点侧移与H4成正比，因此，随着高度的增大，侧向位移
2、增加得很快。高层建筑设计主要是增大结构的侧向刚度，控制侧向位移。,按照墙的几何形状及有无门洞，抗震墙又列分成不向朗类型，如图所示：它们的破坏形态和配筋构造要求既有共性，又有特殊性。例如，不开洞的墙为悬臂抗震墙；开有洞口的墙称为开洞抗震墙；根据抗震墙的高宽比，有可分为高等抗震墙、中高等抗震墙、低矮抗震搞。在框架抗震搞结构中，抗震堵往往和梁、柱结合在一起称为带边框的抗震墙等等。,悬臂抗震墙没有洞口，可以看成是一个悬臂构件，承受压力、弯距、剪力的共同作用。它应当符合钢筋混凝土压弯剪构件的基本规律。但是与柱相比，它往往高度大(一般抗震墙高度为建筑物总高)，截面薄而长。因此沿截面边长要布置许多分布钢筋。
3、同时截面抗剪问题较为突出，这使抗震搞截面的配筋计算、构造和柱略有不同。在平面外、抗震墙必须依赖各层楼板作为支撑而保持其总体稳定。在楼层高大范围内，则应当考虑抗震墙结构的局部稳定和平面外的承裁力问题。通常所说的抗震墙配筋计算是指在墙平面内受力的承裁力计算，而平面外的侧向稳定则通过构造措施或进行必要的验算加以保证。悬臂抗震墙是一个承受压弯剪共同作用的构件。它就可能出现弯曲破坏或剪力破坏。通常由竖向钢筋抵抗弯曲，水平钢筋抵抗剪力。开口抗震墙与悬臂抗震墙不同洞口将抗震墙分成墙肢及连系梁两类构件。联系梁般跨高比都较小，抗剪承裁力较一般受弯构件突出。墙肢则和悬臂抗震墙相似，承受轴力、弯距与剪力的共同作用。
4、在水平荷载作用下的受拉墙肢轴向压力可能较小，甚至可能是铀向拉力，此时抗弯、抗剪的承载力会降低。,抗震墙结构是由纵横两方向的钢筋混凝土墙(剪力墙)组成的结构。这种墙体除抵抗水平合作和竖向荷载作用外，还对房屋起维护和分隔作用。这种结构适用于高层住宅、旅馆等建筑。因为抗震墙结构的墙体较多，侧向刚度大，所以它可以建得很高。目前，我国抗震墙结构多用于高层住宅和旅馆建筑的高的可达百米。16.1.1 钢筋混凝土抗震构件的抗震性能 钢筋混凝土抗震墙根据不同的高宽比一般可分为三种类型：一是高宽比大于2.0的高等抗震墙，二是高宽比不大于2.0且大于1.0的中等高抗震墙，三是高宽比小于1.0的低矮墙。对于高等抗震墙
5、，其破坏状态一般为弯曲破坏，具有较好的变形能力；中等高抗震墙的破坏状态为弯剪破坏具有一定的变形能力；低矮墙的破坏状态一般为剪切破坏，其变形能力比较差。,（1）悬臂抗震墙悬臂抗震墙可能出现如图的几种破坏形式。,墙肢为高宽比大于2.0的高等抗震墙时为弯曲破坏，若为高宽比小于1.0的低矮墙时为脆性破坏。连系梁出现脆性破坏，会使墙肢丧失约束而形成单独墙肢，与连系粱不破坏的墙相比，墙肢中轴力减小、弯距加大，墙的侧向刚度大大降低，侧向位移加大，承载能力也将降低。在继续承载情况下，墙肢截面屈服形成破坏机构。图表示开洞抗震墙模型的试验所得的顶点位移滞回曲线。该模型发生连系梁剪切破坏。图中曲线表明，连系梁剪切破
6、坏以后，刚度退化严重，滞回环变得扁而平，变形加大，承载能力降低。但是降低到一定程度以后，在墙肢破坏以前，仍具有一定的承载能力。,对于开洞抗震墙避免墙肢的剪切破坏和尽量避免连梁的剪切破坏，能有效地提高开洞抗震墙的承载能力和变形能力。开洞抗震墙的弯曲破坏，存在下列两种情况：1）连系梁不屈服，墙肢弯曲破坏后丧失承裁能力。这种情况往往出现在联系梁刚度及承载能力都较大的开洞抗震墙中。墙的整体性能很好，其刚度和破坏情况都接近于悬臂墙。2)连系梁先屈服，然后墙肢弯曲破坏丧失承载能力。当连系梁钢筋屈服并具有延性时，它既可以吸收大量地震能量，又能继续传递弯矩与剪力，对墙肢有一定的约束作用。使抗震墙保持足够的刚度
7、和承载力，延性较好。这种破坏形式是最理想的。图是另一片连系梁先屈服然后墙肢屈服的抗震墙模型在反复荷载作用下的顶点位移滞回曲线。与图抗震墙滞回性能相比较，可以看出具有延性连系梁的开洞抗震墙滞回环稳定，抗震性能较好。,在开洞抗震墙中，当连系梁端部钢筋屈服，可以形成数量众多的塑性铰时，具有较好的变形能力和耗能能力。这是最理想的。其次，如果连系梁出现剪切破坏，按照抗震结构设计的“多道设防”的原则，只要保证墙肢安全，整个结构就不致严重破坏或倒塌。因此，经过合理设计的开洞抗震墙，与悬臂抗震墙相比，可以作到裂缝分散，由连系梁端塑性铰吸收地震能量，从而保证墙肢的安全，是一种抗震性能很好的结构。按照“强墙弱梁”
8、原则加强墙肢的承载力，绝对避免墙肢的剪切破坏，同时尽可能避免连系梁过早的剪切破坏，对于提高开洞抗震墙的承戴能力和变形能力是至关重要的。,塑性铰：从钢筋屈服到混凝土被压碎，截面不断绕中和轴转动，类似于一个铰，由于此铰是在截面发生明显的塑性形变后形成的，故称其为塑性铰。结构铰：用来连接两个固体，并允许两者之间做转动的连接，传递剪力和轴力，不传递弯矩。塑性铰的存在条件是因截面上的弯矩达到塑性极限弯矩，并由此产生转动；当该截面上的弯矩小于塑性极限弯矩时，则不允许转动。因此，塑性铰可以传递一定的弯矩，而在结构铰中弯矩为零，不能传递弯矩。结构铰为双向铰，即可以在两个方向上产生相对转动，而塑性铰的转动方向必
9、须与塑性弯矩的方向一致，不允许与塑性铰极限弯矩相反的方向转动，否则出现卸载使塑性铰消失。所以塑性铰为单向铰。,塑性铰是与理想铰相比较而言，理想铰不能承受弯矩，而塑性铰能够承受弯矩，其值即为塑性铰截面的极限弯矩。对于超静定结构，由于存在多余联系，某一截面的纵向钢筋屈服，即某一截面出现塑性铰并不能使结构立即成为破坏结构，还能承受继续增加的荷载。当继续加荷时，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构形成几何可变机构。这就是塑性变形引起的结构内力重分布，塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。多道抗震防线指的是：一个抗震结构体系，应由若干个延性
10、较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作即控制同一结构各构件或部件在地震中损坏或形成塑性铰的顺序而成的多道防御系统，使整个结构坏而不倒。,16.1.2 抗震墙结构的模型试验 抗震墙结构在高侧建筑中广泛使用。通过大量的水平反复荷载下的试验研究了墙肢高宽比、洞口排列、连梁刚度、墙体边缘构件尺寸和配筋，竖向分布筋和横向分布筋的作用等。为提高抗震墙结构的变形能力提供了依据。8层抗震墙结构模型的震动台试验表明，由于纵横墙共同工作、空间受力特性明显，合理地考虑翼墙的作用，才能使结构内力分析比较合乎实际情况。带有框支层的底层大字间12层抗震墙结构的计算机和推力机联机模型试验表明，如果充分注意
11、框支托梁和框支柱的设计，并使框支层有足够的设计剪力，则框支抗震墙结构仍有一定的变形能力。图是框支层的水平承载力、图是总水平力-顶点位移移的滞回曲线。,16-2 高层钢筋砼抗震墙结构和钢筋砼框架-抗震墙结构房屋的震害的抗震性能一、框架梁、柱的震害主要反映在节点处，柱的震害重于梁，柱顶震害重于柱底，角柱震害重于内柱。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗
12、震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,二、填充墙的震害,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,三、地基和其他原因造成的震害,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,历次地震震害表明高层钢筋砼抗震墙结构和高层钢筋砼框架-抗震墙结构房屋具有较好的的抗震性能，其震害一般比较轻，其主要震害特点如下：16.2.1 设有抗震墙的钢筋混凝土结构有良好的抗震性能 通过震害分析，抗震墙之所以是主要的抗震结构构件，是因为：抗震墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层
13、建筑结构的位移限值；地震作用下抗震墙的变形小，破坏程度低；可以设计成延性抗震墙，大震时通过连梁和墙肢底部塑性铰范围的塑性变形，耗散地震能量；与其它结（如框架）同时使用时，抗震墙吸收大部份地震作用，降低其它结构构件的抗震要求。设防烈度较高地区（8度及以上）的高层建筑采用抗震墙，其优点更为突出。16.2.2 连梁和墙肢底层的破坏是抗震墙的主要震害脆性破坏 一、脆性破坏发生于墙肢,墙肢由于抗剪能力不够而发生剪切破坏，会使剪力墙很快丧失承载能力，造成结构的突然倒塌。这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数，就是为了防止
14、剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。二、连梁发生剪切破坏 连梁发生剪切破坏会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，联肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙，这会使结构的侧向刚度大大降低，墙肢弯矩加大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数，也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是，和第一种墙肢发生剪切破坏相比，连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力，在墙肢破坏前，只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载，还不会造成结构的倒塌。,延性破坏 一、是连梁不屈服，墙肢首先发生弯曲破坏 这种墙在破坏时 的极限变形较小。因此，对
15、有抗震设防要求的建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但吸收地震能量的能力 是较低的。设计中应避免这种情况的发生。二、是连梁先屈服，最后是墙肢的屈服 当连梁 有足够的延性时，它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量。同时，通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪 力，对墙肢起到一定的约束作用，使联肢墙保持足够的刚度和强度。这是设计时应首先考虑做到的。为了 保证联肢墙的延性要求，对连梁的延性要求是非常高的。因此，在设计高层建筑剪力墙时，必须十分注意 保证连梁的延性要求。,抗震墙典型的破坏有以下的类型：1.墙底部破坏：表现为受压区混凝土的大片压碎剥落，钢筋压屈。2墙体破坏：墙体中部产生斜裂缝，发生剪切破坏。3.连梁
16、的剪切破坏：在强震作用下，抗震墙的震害主要表现在墙肢之间连梁的剪切破坏。主要是由于连梁跨度小，高度大形成深梁，在反复荷载作用下形成剪切型裂缝，为剪切型脆性破坏，尤其是在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。,16-3 钢筋混凝土抗震墙房屋的结构布置 一、抗震墙结构中抗震墙设置，结构布置应符合下列要求：(1)抗震墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连粱，要避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。(2)较长的抗震墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用约束弯矩较小的弱连粱(其跨高比大于6)连接。每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。(3)
17、抗震墙宜自下而上连续布置，避免刚度突变。(4)应控制抗震墙平面外发生弯曲。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,对于钢筋混凝土房屋抗震设计的平、立面布置要规则等基本要求，在钢筋混凝框架结构的抗震设计中给予厂说明，这些要求也同样适用于钢筋混凝土抗震墙结构和框架-抗震墙结构。下面熏点讨论钢筋混凝土抗震墙结构的结构布置。16.3.1 抗震墙的平面布置 抗震墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土抗震墙承受，所以抗震墙应沿结构平面主要轴线方向布置。一般情况下，采用矩形、L形、T形平面时抗震墙沿两个正交的主轴方向布置；三角形及Y形平面可沿三个方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布
18、置。单片抗震墙的长度不宜过大。一方面由于抗震墙的长度很大，使得结构周期变短，地震作用增大；另一方面抗震墙应当是高细的，呈受弯工作状态，由受弯承载力决定破坏状态，使抗震墙具有足够延性，而抗震墙太长，形成低矮抗展墙，就会由受剪承载力控制破坏状态，抗震墙呈脆性，对抗震不利。,所以，同一轴上的连续抗震墙过长时，应该用楼板(不设连梁)或细弱的连梁分成若干个墙段，每个墙段相当于一片独立抗震墙，墙段的高宽比不应小于2。每一墙段可以是单尺墙、小开口墙或联肢墙，具有苦干个墙肢。每一墙肢的宽度不宜大干8m，以保证墙肢也是受弯承载力控制，而且靠近中和轴的竖向分布钢筋在破坏时能充分发挥起作用。在抗震墙结构中，如果抗震
19、墙的数量设置的太多，则会增加结构刚度，使得地震作用增大。因此，抗震墙的数量在方案阶段就要合理地确定。判断抗震墙结构合理刚度可以由基本周期来考虑，宜使抗震墙结构的基本周期控制在（为结果基本周期，为总层数）。,平面布置,16.3.2 抗震墙的竖向布置 钢筋混凝土抗震墙结构的抗震墙沿竖向应连续，不应中断。当顶层取消部分抗震墙而设置大房间时，其余抗震墙在构造上应予以加强；当底层取消部分抗震墙时，应设置转换层并按专门规定进行结构设计。为避免刚度突变，抗震墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50-100mm，使抗震墙刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级以及墙的配筋率的改变宜错开楼层。抗震墙的洞口宜
20、上下对齐，成列布置，使抗震墙形成明确的墙肢相连梁。成列开洞的规则抗涝墙传力途径合理，受力明确，地震中不容易因为复杂应力而产生震害（图）；错洞墙洞口上、下不对齐，受力复杂，洞口边容易产生显著的应力集中，因而配筋量增大，而且地震中因应力集中产生震害（图）。抗震墙相邻洞口之间以及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢(图16.3.2)。试验表明:墙肢宽度与厚度之比小于3的小墙,肢在反复荷载作用下，比大墙肢早开裂,即使加强配筋，也难以防止小墙肢的较早破坏。在设计抗震墙时，增肢宽度石宜小于3bw(bw为墙厚)，且不应小于500mm。采用刀把形抗震墙(图16.3.3)会使抗震墙受力复杂，应力局部集中，而且竖向地震作
21、用会产生较大的影响，宜十分慎重。,第 4 章 钢筋砼框架与框架-抗震墙房屋,16.2.3 抗震墙的厚度 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）一、二级抗震等级时不应小于160mm，且不应小于层高的1/20；三、四级抗震等级时不应小于140mm，且不应小于层高的1/25；底部加强部位的墙厚:一、二级抗震等级时不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。抗震墙厚度大140mm时，竖向和横向分布钢筋应双排布置。双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600mm，直径不应小于6mm，在底部加强部位边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。,以前学过的一些常见的（一）无洞单
22、肢剪力墙 剪力墙的立而上没有任何洞口。这种墙实际上是一竖向悬臂构件，在水平荷载作用下弯曲变形符合平截面假定，墙肢截面的正应力为直线分布。见图1.2（a）。其内力和变形的计算可应用材料力学方法进行。（二）整体墙和小开口整体墙 墙面上只有很小的洞口，可以忽略其影响。这种类型的剪力墙实际上仍然是一个悬臂构件，其横截面的变形符合平而假定，正应力为直线分布，见图12(b)称为整体墙。当开洞稍大一些，墙肢应力中出现由局部弯曲引起的应力，但其值不超过整体弯曲应力的15可以认为其墙肢截面的变形仍符合平面假定，可以按材料力学方法计算应力，然后加以修正。这种墙称为小开口整体墙，见图1.2（c）。,(三)联肢墙 在
23、实际工程中，有些剪力墙是由许多受弯构件连接在一起的。例如住宅建筑和旅馆建筑中，墙体上由大量竖向排列的洞口，在外墙上，这些洞口一般是窗口，而在建筑的内部，这些洞口大部分是问或走道。在设计中，这些洞口将一片整墙分开为由连梁或楼板连接的墙肢，就形成了所谓联肢墙,见图1.2（d）。一般地，开有一排或数排较大洞口的剪力墙，其截面整体性已经破坏，水平荷载作用下正应力的分布较直线规律有较大的差别。但墙肢的线刚度比同列两孔间所形成的连梁的线刚度大得多，每很连梁中部都有反弯点，而墙肢仅在少数楼层出现反弯点。即在水平荷载作用下，所有的连梁都呈现双曲率弯曲形态，而大部分的墙肢都呈现单曲率弯曲形态，墙肢变形仍以弯曲变
24、形为主。这种剪力墙可视为由连梁把墙肢连接起来的结构，故称之为联肢墙。若只开有一列洞口，称为双肢墙；开有两列及以上的，称为多肢墙，见图1.2（e）。,(四)短肢剪力墙 钢筋混凝土短肢剪力墙是近年来在我国兴起的一种新型的抗侧力构件，它既保留了异形柱不凸出墙面的优点，又克服了异形柱抗震性能不理想等缺点(目前有些地方规程将异形柱框架结构限制在7度设防以下，且高度不高于7层的建筑)。与普通的剪力墙相比，短肢剪力墙结构体系具有以下特点：(1)布置灵活，建筑功能容易满足，尤其适用于建造1120层住宅，即所谓的小高层住宅，且造价相对于普通的剪力墙结构较低。(2)可以开较大的洞口，结构白重比较轻；侧移刚度较小、
25、结构柔，地震作用较小；建筑上可以获得良好的采光与通风效果。(3)短肢剪力墙一般为高剪力墙(高宽比大于2)，故水平荷载作用下墙体的破坏一般都呈弯曲状。同时连粱截面的跨高比大，故连梁的破坏也呈弯曲状。所以，短肢剪力墙具有较大的延性。,但由于这种结构的出现较晚所以目前对它的研究还不多。由文献检索知，国外还没有关于短肢剪力墙的文献和工程报道，国内发表的文献也不多。我国高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32002)规定，短肢剪力墙是指墙肢截面的高度与厚度之比为58的剪力墙。但由于缺少研究，对短肢剪力墙，仅在其布置、抗震等级以及轴压比控制等方面比普通剪力墙采取了更严格的限制。面对短胶剪力墙的计算模型、适
26、用高度、构造措施等没有作明确的说明。因此，对短肢剪力墙结构的力学性能、破坏形态、抗震性能以及设计方法等进行系统的研究，形成一套完整的设计方法，是建筑工程设计中急需解决的课题。,（五）框支剪力墙 当底层需要大空间，采用框架结构支承上部剪力墙时，称为框支剪力墙，见图1.2（f）。也可以称为柱支剪力墙。框架柱可以用常截面和变截面，也可以来用斜柱和v形柱。底部框架可以是单层的或多层的，视建筑使用上的需要和结构的要求而定。（六）开有不规则洞口的剪力墙 图12(g)为开有不规则洞口的剪力墙。开设不规则的较大洞口仅是由于建筑使用上的要求，在结构上往往会产生一些不利的影响，故宜尽量避免采用。当无法避免时，亦宜
27、采用一些结构措施，以消除或降低不利因素的影响。例如，开设一些不需要开设的洞口；使剪力墙的开洞变为规则或接近规则，如有需要则用刚度小的材料境塞这些本来不需开设的洞口，在剪力墙中设置连续性较强的暗柱暗梁，以降低不规则开洞带来较大应力集中的不利影响等。,16-4 钢筋混凝土抗震结构的内力计算一、水平荷载作用下抗震墙结构计算简化假设：1.抗震墙结构的墙体，在其自身平面内刚度为无限大，平面外的刚度很小，忽略。剪力墙纵横向分开计算。2.楼板水平刚度无限大，使各片墙体之间通过楼板共同工作。所以各片墙侧移相同。,剪力墙结构,第k片墙分配的水平荷载：,二、水平荷载作用下抗震墙侧移,抗震墙在各种水平荷载作用下顶点
28、侧移,16.4.1 根据开洞情况的抗震墙分类 对于洞口比较均匀的抗震墙结构中的抗震墙，可根据抗震墙的洞口大小、洞口位置及其对抗震墙的减弱情况区分为整体墙、整体小开口墙、小开口墙、壁式框架、双肢或联肢墙及大开口墙等。抗震墙的整体性系数 的计算：双肢墙（）联肢墙（）,各类抗震墙可按以下条件区分：（1）整体小开口墙（图）洞口净距及洞边至墙边尺寸大于孔洞长边尺寸（2）小开口墙（3）壁式框架（4）双肢墙、联肢墙（5）大开口墙（6）连梁的约束系数,16.4.2 小开口整体墙的内力计算1.墙肢弯矩（）2.墙肢轴力（）3.墙肢的剪力（底层）（）（其它层）,当抗震墙符合小开口墙的条件而又夹有个别细小墙肢时，小墙
29、肢会产生显著的局部弯曲，使墙胶弯距增大。这时，小墙肢截面弯距宜附加一个局部弯距：（）4.位移和等效刚度,（一）整体墙,(倒三角形分布荷载),(均布荷载),(顶部集中荷载),整体墙应力分布,（452）,（二）整体墙小开口,同整体墙，但,整体墙小开口应力分布,图(1）沿竖向，墙肢的连梁的刚度不变，层高不变。如有变化，取各层平均值；(2)每列连梁的反弯点都在跨中，连梁的作用可以由均匀分布的竖向弹性薄片来代替；(3)各墙肢刚度相差不过分悬殊，因而它们的变形曲线相同，各层的位移 和转角 也相同。,当抗震墙的洞口成列布置，而整体系数 小于10时，抗震墙应按联肢墙计算(图）。在联肢墙的内力与位移的计算中，假
30、定：,16.4.3 联肢墙的计算,应用力法的原理，将每列连梁沿中点切开，形成m+1个独立悬臂墙肢(m为洞口列数)，形成静定的基本体系。在切口两侧出现多余未知力连续分布的剪力。分析在未知力 和外荷载作用下，墙肢和连梁变形后在切口两侧产生的相对侧移，使切口两例产生相对位移的主要因素有：1在分布剪力 作用下，连梁产生的弯曲变形与剪切变形：（）2.由于外荷载作用使墙肢产生弯曲与剪切变形，墙肢产生转角后，连梁切口产生相对变形：（）,3.内于墙肢轴向变形，使连梁产牛竖向移动，切口陶边就产生相对价移：但是，这梁本来没有切口，这些位移应当满足切口的连续条件：(16.4.13),多肢墙内力,小结：联肢剪力墙的等
31、效刚度、内力及顶点位移计算（1）联肢墙的等效刚度。,式中墙肢剪切变形影响系数；轴向变形影响系数；1不考虑墙肢轴向变形时剪力墙的整体工作系数；Dj第j列连梁的刚度系数。,（2）内力计算。首先计算连梁的总约束弯矩 和第i层第j列连梁的约束弯矩,式中j第j列连梁约束弯矩分配系数；Dj第j列连梁的刚度系数；rj第j列连梁跨中点到墙边的距离；B多肢墙的总宽度。,第i层第j列连梁的剪力和梁端弯矩分别为：,墙肢内力包括墙肢的弯矩、剪力和轴力，分别按下列公式计算：,式中：,第j墙肢考虑剪切变形后的折算惯性矩，当G04E时，可按下式计算：,式中Aj、Ij第j墙肢的截面面积和惯性矩；H层高；,（3）顶点位移,式中
32、V0剪力墙底部总剪力。,16.4.4 壁式框架的计算联肢墙和臂式框架均可转换为带刚域框架（图）。,刚域的范围由下式确定：,图16.4.3 刚域范围,当计算的刚域长度小于零时，不考虑刚域影响。,带刚域杆件的等效刚度可近似技下式计算：,（）,图16.4.4 带刚域杆件,“刚域”按其定义是指计算中，在杆件端部其弯曲刚度按无限大考虑的区域。通俗的讲，刚域是指没有质量只有刚度、自身不变形，但可发生刚体位移且其位移必须依附于构件而存在的一种理想化构件。刚域一般应用与结构分析和计算，常见的应用就是框架中梁柱重叠部分可定义为刚域。利用式（）将带刚域杆件变为等效等截面杆件后，可进行简化计算，求顶点位移及等效刚度
33、。16.4.5 抗震墙翼缘的作用 要尽量把墙肢设计成带翼缘的构件，这样即可以满足与墙体相交的梁的锚固要求，又可以防止墙的侧向压屈。当剪力墙进入弹塑性受力阶段时，这些带翼缘的构件还可以对塑性铰区的混凝土形成约束，增加结构的延性。抗震墙的截面计算可近似不考虑冀缘的作用、但端部配筋可考虑部分冀缘范围内的附筋，该范围可取抗震墙厚度加两侧各2倍翼缘培厚度。,图 带翼缘的剪力墙设计用截面,16.4.6 抗震墙有错位或转折情况的近似计算-抗震墙由于墙体分隔不直通-抗震墙为折线（符合下图者可按近似直线处理）,一、二级，a3t三、四级，a=min6t,2m,联肢抗震墙的连梁调幅 抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力
34、可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。连梁塑性调幅可采用两种方法，一是在内力计算前就将连梁刚度进行折减；二是在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。因此在内力计算时已经降低了刚度的连梁，其调幅范围应当限制或不再继续调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。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，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值，其目的是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。因此建议一般情况下，可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩（完全弹性）的08倍
35、（67度）和05倍（89度）。,小结：16.4 抗震墙地震作用的计算（1）等效刚度（2）内力近似计算（3）抗震墙有转折时的近似计算（4）联肢抗震墙的连梁调幅,16-5 抗震墙截面抗震验算 抗震墙截面设计一般包括墙肢和连梁设计。一、墙肢截面设计（一）抗震墙墙板厚度抗震墙墙板厚度不应小于160mm，且不小于层高的120，底部加强部仿的墙厚不应小于层高的116，且不小于200mm。抗震墙墙板厚度除满足上述条件外，其墙肢截面尚应符合下式要求：式中 抗震墙剪跨比,（二）墙肢正截面承载力计算 墙肢在轴力、弯矩和剪力共同作用下为复合受力构件，其正截面承载力计算方法于偏心受压或偏心受拉构件相同。1.偏心受压（
36、1）墙肢大小偏心受压的判别 当 时 为大偏心受压；当 时 为小偏心受压。（2）大偏心受压（对称配筋）图16-1为I形截面大偏心受压墙肢。为了允分发挥墙肢内钢筋的作用，除墙肢内横截面配置必要的构造钢筋 外，主要受力钢筋应配置在墙肢的端部。由于墙肢内分布钢筋直径都比较小，为了简化计算，在计算时只考虑受拉区屈服钢筋的作用，而忽略受压区分布钢筋和靠近中性轴附近受拉区分布钢筋的作用。,根据上面的分析，我们假设，离受压区边缘1.5x以外受拉区的分布钢筋参加作用。因此，大偏心受压墙肢达到极限状态时截面上的应力分布如图16-1所示。,图16-1 I形截面大偏心受压墙肢应力分布图,其承载力基本公式为：,当 时,
37、当 时,（3）小偏心受压 墙肢小偏心受压破坏时，横截面大部分受压或全部受压，在压应力较大的一侧混凝土达到极限抗比强度，该侧的端部钢筋及分部钢筋也达到屈服强度；而距中性轴较远的一侧，端部钢筋及分部钢筋受拉或受压，但均未达到屈服强度，因此，小偏心受压时墙肢的分布钢筋均不予考虑。这样，小偏心受压墙肢达到极限状态时截面上应力分布如图16-2所示，其承载力计算公式为：,图16-2 I 形截面小偏心受压墙肢应力分布图,（4）平面外承载力验算 当为矩形截面小偏心受压墙肢时，尚需验算墙肢平面外承载力，这时不考虑墙体竖向分布钢筋的作用，而只考虑端部钢筋的作用其承载力计算公式为：2.偏心受拉 矩形截面偏心受拉墙肢
38、正截面承载力可按下列近似公式计算:其中,（三）墙肢斜截面承载力计算1.偏心受压偏心受压剪力墙其斜截面承载力按下式计算：2.偏心受拉偏心受压剪力墙其斜截面承载力按下式计算：当上式右边计算值小于 时，取等于。,（四）抗震墙组合截面内力的调整 如果完全按等效静力法确定的抗震墙弯矩图变化配筋，塑性铰就可能沿墙高任何位置发生。为了提高抗层墙的延性，以增加结构的变形能力，获得经济合理的效果，应设法使塑性铰在墙的底部产牛，为此，抗震规范规定、抗震墙各墙肢截面组合弯矩的设计值应按下列规定采用：(1)一级抗震墙底部加强部位及以上一层，应按墙肢底部截合组合弯矩设计采用：其他部位，墙肢截面组合弯短设计值应乘以增大系
39、数，其值可采用1.2。(2)抗震墙底部加强部位的高度，可取取墙总高度的18和底部二层二者的较大值且不大于15m。(3)一、二、二级的抗震墙底部加强部位，其截面组合的剪力设计值应按下式调整：9度时尚应符合,二、连梁承载力的计算(一)连梁正截面承载力的计算 抗震墙洞口处的连梁其承载力应按下列规定计算：(1)当连梁的跨高比大于5时，其正截面受弯承数力按一般受弯构件计算；(2)当跨高比不大于5时，其正截面受弯承载力按深梁计算，其公式右端应除以相应的承载力抗震调整系数。(二)连梁斜截面承载力的计算 1.连梁截面尺寸应符合下列条件当 时，当 时，,2.连梁剪力的调整 跨高比大于2.5的连梁，其粱端剪力设计
40、值，一二三级应按下式调整：9度尚应符合 3.连梁斜截面承载力按下列公式计算：当 时，当 时，管道穿过连梁预留洞口宜位于连梁中部，洞口的加强设计同框架的要求，当不能满足要求时，连梁与抗震墙的连接应按铰接考虑。,三、抗震墙施工缝的受剪验算 抗震墙的水平施工缝是受剪的薄弱部位，特别是当剪应力较高、轴压力较小，甚至出现拉力时，一级抗震墙的施工缝截面应进行受剪承裁力验算，此时只考虑钢筋及摩擦力的作用，施工经受剪承裁力按下式验算：,16-6 抗震墙结构的抗震构造措施 1.抗震墙的小墙肢长度不宜小于墙厚的3倍。小墙肢的轴力设计值轴压比不宜大于0.6。小墙肢的配筋构造应按柱考虑。2抗震墙厚度大于140mm时,
41、竖向和横向分布筋应采用双排布置；双排分布钢筋之间应采用拉筋连接，拉筋直径不应小于6mm，间距不应大于700mm,拉筋应与外皮钢筋钩牢，底部加强部位的拉筋宜适当加密。,3抗震墙竖向和横向分布钢筋应符合表的要求。,4抗震墙边缘构件的设置 抗震墙结构的边缘构件设置应符合下列要求：(1)一级和二级抗震墙的底部加强部位整个相连的墙体，在重力荷载作用下墙体平均轴压比不宜超过表的上限值，底部加强部位以上的墙体平均轴压比不应大于底部加强部位的平均铀压比。,注：钢筋直径不宜大于墙厚的1/10。,抗震墙分布钢筋要求 表,抗震墙最大平均轴压比 表,（a）一级抗震墙（b）二三级抗震墙,(2)部分框支抗震墙净高的落地抗
42、震墙，梁端应有翼墙或端柱，并加设置约束边缘构件。如图。,暗柱,有翼墙,有端柱,转角墙,图（a）抗震墙的约束边缘构件,(3)抗震墙的构造边缘构件的范围，应按图采用；构造边缘构件配筋应符合表的要求。墙体端部横向分布钢筋的锚固和拉筋构造要求见闻16.6.3.,图（b）抗震墙的构造边缘构件范围,抗震墙的构造边缘构件的配筋要求 表,(a)有暗柱（分布筋为绑扎）,(b)有暗柱（分布筋为焊网）,(c)三级抗震墙端头未形成暗柱,墙体端部横向分布钢筋构造要求,5.抗震墙钢筋的连接和锚固应满足下列要求：(1)抗震墙竖向分布钢筋的连接：一级的所有部位和二级的加强部位的接头应错开，每次连接的钢筋数量不应超过50(图1
43、6.6.4a)。其他墙体的竖向钢筋可在同一部位连接(图16.6.4b)。竖向分布筋直行大于22mm时宜采用机械连接。,(a),(b),图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,墙体端部横向分布钢筋构造要求,图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,(a)有暗柱（分布筋为绑扎）,墙体端部横向分布钢筋构造要求,图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,(b)有暗柱（分布筋为焊网）,(a)有暗柱（分布筋为绑扎）,墙体端部横向分布钢筋构造要求,图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,(c)三级抗震墙端头未形成
44、暗柱,(b)有暗柱（分布筋为焊网）,(a)有暗柱（分布筋为绑扎）,墙体端部横向分布钢筋构造要求,图墙板竖向分布钢筋的搭接,图墙板横向分布钢筋的连接,（2）抗震墙横向分布钢筋的连接满足图的构造要求。(3)抗震墙现浇内外墙平面交接处和三、四级抗震墙与上下层处钢筋连接构造及与预制楼板连接构造可分别采用图和图做法。9度及一级抗震墙结构的楼板应采用现浇。,(a)十字内墙,(b)水平筋断开时搭接筋,(c)三四级抗震墙预留洞加搭接筋,（d）丁子内墙,（e）丁字内外墙,(f)外墙转角,16.6.6 现浇内外墙的连接,16.6.7 三四级现浇内外墙楼层上下层墙体连接（a）内墙一(b)内墙二(c)内纵墙(d)外墙
45、一(e)外墙二(f)外纵墙 注：现浇楼板可不设圈梁,6抗震墙连梁的钢筋连接和锚固应满足下列要求：(1)连梁上下水平钢筋伸入墙内的长度 不应小于：一二级，三级 四极 且均不应小于600mm。,(2)连梁沿梁全长的箍扬构造要求应按第十五章框架梁梁端加密区箍筋构造要求（表）。（3）顶层连梁伸入墙体的钢筋长度范围内，应设置间距小于150mm、直径同连梁的构造箍筋(图16.6.8)。(3)连梁在各种门窗洞口处的构造如图所示。连梁有穿行管道开洞时，小洞口时可采用加钢套管办法（图）。(4)对于墙厚bw250mm、跨高比小于1的短连梁，宜采用交叉斜配筋构造，以改善其延性(图16.6.11)。,图16.6.8
46、连梁的配筋构造,16.6.9 现浇墙体的门窗连梁配筋（a）单门洞(b)单窗洞(c)双门洞(d)双窗洞(e)门窗洞,16.6.10 现浇墙体的门窗连梁配筋（a）连梁开较大洞口(b)连梁开较小洞加固,16.6.11 短连梁的交叉斜配筋构造,16.6.9 抗震墙小洞口处配筋构造,16-6 底部大空间剪力墙结构的抗震设计 16.7.1 底层大空间剪力墙结构的实验研究 对十二层底层大空间剪力墙结构模型的拟动力试验研究。得出结论（P437）：1只要按规范和规程规定的方法进行设计，采取必要的构造措施，底部大空间剪力墙结构可以在68度抗震设防区应用。2只要保证底部楼层刚度不太小，符合规范和规程规定要求，并加大
47、底部楼层承载力，最终破坏不会在底部楼层发生，结构有较好的变形能力。3转换层楼面受力与变形显著，必须加强其构造措施。由试验表明，楼板平面内刚度无限大的假定不能用于大空间楼层分析。4小墙肢开裂和破坏早且严重，在设计中要尽量避免使用。16.7.2 底层大空间剪力墙结构的布置,底部大空间剪力墙结构的布置，主要考虑两个关键问题：(1)保证底部大空间层有较好的刚度，防止沿竖向刚度比过大；(2)加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上层剪力可靠地传递到落地抗震墙上去。1底部大空间层的刚度 底部匝有落地剪力埔和(或)落地简体，落地纵横剪力墙最好成组布置，结合为落地简。2落地剪力墙的洞口 落地剪力墙数量本来
48、就不多，所以尽量个开洞，开小洞，以免刚度削弱太大。如果开洞时，宜布置在剪力墙的中部。3楼面布置要求 转换层楼面受很大内力，楼板变形显著，所以转换层楼面应采用厚度不小于180mm的现挠板。不要在大空间范围内将楼板开大洞，如果必须在大空间部分设置楼、电梯间的，应用钢筋混凝土剪力墙围成简体。,转换层 建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用,上部住宿的多功能要求,在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间,往往需要采用一定的结构形式进行转换处理,即
49、加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。按结构功能，转换层可分为三类：1上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。2上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。3同时转换结构形式和结构轴线布置。即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。,16.7.3 框支剪力墙结构的内力分析 在进行框支墙与落底墙协同作用的分析之后，对于框支
50、墙的墙-框连接区的应力分布最有效的分析方法是用有限元平面弹性应力分析程序，这种方法可以分析任何形状、任意荷载作用下框支剪力墙的内力状况。对于规则对称的框支剪力墙(包括无洞口或在跨中有一排小洞口)，在竖向荷载作用下亦可采用简化方法进行内力计算。计算地震力对框支梁的作用时，可近似取梁上同号分布力的平均值作为满荷载考虑。,图16.7.3 框支梁上的竖向应力分布,16.7.4 框支剪力墙结构的抗震设计要求 1.转换层楼板 2.框支梁 3.框支柱,图带大洞口的转换层楼盖,图托梁上方洞,图16.7.框支柱竖向主筋锚固要求,图框支梁主筋和腰筋的锚固,16.7.3 落地剪力墙 为了避免落地剪力墙剪切破坏并提高
