《高层建筑结构5剪力墙结构设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑结构5剪力墙结构设计.ppt（72页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第5节 剪力墙结构设计,51 概述52 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算53 联肢剪力墙的计算54 壁式框架的计算5.5 剪力墙结构的分类56 剪力墙的截面设计57 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求58 短肢剪力墙的设计要求5.9 剪力墙设计构造要求510 连梁截面设计及配筋构造,51 概述,5.1.1 结构布置,1.概念 剪力墙是纵横两个方向均由钢筋混凝土墙组成的空间结构体系。除了承受楼板的竖向荷载外，还要承受风荷载、水平地震作用等水平作用。,5.1.1 结构布置,2.布置原则 剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。剪力墙宜自下到上连续布置，不宜突然取消或中断，避免刚度突变。墙不宜布置
2、得太密，结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙结构应具有较好的延性。3.特点 平面内刚度及承载力大，平面平面外刚度及承载力相对很小。,5.1.2 剪力墙的分类,1.整体剪力墙（1）无洞口或洞口面积不超过墙面面积的16，且孔洞间净距及孔洞至墙边净距大于孔洞长边；（2）双肢墙，但连梁很弱（1）。,5.1.2 剪力墙的分类,2.整体小开口墙（1）弯矩图成锯齿形，截面应力分布接近直线；（2）洞口面积占墙体面 积的16以上，但是整 体系数10，截面惯性 矩比,整体小开口墙,5.1.2 剪力墙的分类,3.联肢剪力墙（双肢墙、多肢墙）弯矩图呈显著锯齿型，截面应力不是直线分布，110,5.1.2 剪力墙的分类,4.壁
3、式框架（1）墙肢弯矩图中各层 有反弯点，墙肢拉压力 较大；（2）10(连梁强、墙肢 弱），,5.1.2 剪力墙的分类,整体剪力墙,整体小开口墙,双肢墙,多肢墙,5.1.3 剪力墙的分析方法,1.材料力学分析法 对于整体墙，在水平力作用下截面仍保持平面，法向应力呈线性分布，可采用材料力学中有关公式计算内力及变形。2.连续化方法将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系列连续连杆，由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程，从中求解出外力。3.壁式框架分析法将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架，用D值法进行求解，也可以用位移法借助计算机进行求解。4.有限元法和有限条法将剪力墙结构进行等效连续化处理后
4、，取条带进行计算。,52 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算,5.2.1 整体墙的计算,位移计算=弯曲变形+剪切变形位移计算：,5.2.1 整体墙的计算,1.判别条件：洞口15；或双肢1，成2个独立墙。2.内力计算：按竖向悬臂杆（材料力学方法）（1）无洞口情况 以均布荷载为例 底部截面内力：位移：顶点：,5.2.1 整体墙的计算,（2）有洞口情况（a）洞口截面面积的削弱：等效截面面积：洞口削弱系数：剪力墙洞口总立面面积 剪力墙立面总墙面面积,5.2.1 整体墙的计算,（b）等效惯性矩 剪力墙沿竖向各段的惯性矩；各段相应的高度。,5.2.1 整体墙的计算,(c)侧移计算(d)等效刚度 顶部集中力
5、均布荷载倒三角荷载,剪力不均匀系数，矩形截面取1.2，形截面为全面积/腹板面积，T形截面查表。,5.2.1 整体墙的计算,上述等效刚度计算差别并不大，工程上一般近似地取平均值，并取G=0.42E，则等效刚度可统一为：总水平荷载按等效刚度分配到各片墙,5.2.2 整体小开口剪力墙的计算,小开口整体墙的特点:剪力墙上的门窗洞口规则成列布置,开洞面积超过墙体总面积的16%，但总的来说还没有大到破坏剪力墙的整体性程度。1.内力计算墙肢弯矩：墙肢轴力：墙肢剪力：底层:其他层剪力：,5.2.2 整体小开口剪力墙的计算,整体弯曲 独立墙肢弯曲,最终墙肢弯曲正应力,5.2.2 整体小开口剪力墙的计算,个别小墙
6、肢局部附加弯矩：连梁剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。3.侧移计算整体小开口墙顶点侧移（整体墙顶点侧移公式）1.24.等效刚度整体小开口墙等效刚度（整体墙等效刚度）0.8,53 联肢剪力墙的计算,5.3.1 双肢墙计算,(1)基本假定和微分方程的建立在双肢和多肢剪力墙内力和位移计算中假定：连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替；各墙肢的刚度相差不过分悬殊，因而变形曲线相似；连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形，墙肢还应考虑轴向变形的影响。(2)基本方程的解(3)双肢墙的内力计算,5.3.2 多肢墙计算,（1）顶点位移计算（2）连梁内力计算：i层第j肢墙分担的墙肢弯矩为：i层
7、第j肢墙分担的剪力为：,54 壁式框架的计算,5.4.1 壁式框架计算筒图,1.判别条件：10 壁式框架与普通框架对比：相同点：在水平荷载作用下会出现反弯点不同点：梁宽柱宽，其刚度要考虑剪切变形的影响而降低 梁墙相交部分面积大变形小，形成刚域，其刚度 要考虑刚域的影响而提高结论：壁式框架的计算考虑两个修正后，内力和位移计算方法与普通框架相同，采用D值法。,5.4.2 壁式框架内力计算,2.刚域的取法 带刚域框架的梁柱轴线取连梁和墙肢的形心线。,5.4.1 壁式框架计算筒图,刚域长度梁方向柱方向,刚域长度,5.4.2 壁式框架内力计算,1.带刚域框架柱的D值,普通框架：(1),壁式框架：(1)用
8、k代替普通框架中的i即可梁柱式中,5.4.2 壁式框架内力计算,普通框架：(2)梁柱刚度比一般层底层(3)一般层底层(4),壁式框架：(2)梁柱刚度比(3)(4),5.4.2 壁式框架内力计算,2.考虑剪切变形后壁柱D值计算 壁梁和壁柱的刚度确定之后，就可以按照前面类似的方法计算D值,见下表:,5.4.2 壁式框架内力计算,3.考虑剪切变形后对壁柱反弯点高度的修正普通框架柱壁式框架柱,5.4.3 壁式框架位移计算,梁柱弯曲变形产生的侧移:层间位移 顶点位移,壁柱反弯点位置,5.5 剪力墙结构的分类,5.5.1 按整体参数来划分,判别剪力墙类别的一个定性的标准：(1)当1时，可以忽略连梁对墙肢的
9、约束作俐，剪力墙按独立墙肢进行计算；(2)当10时，连梁对墙肢的约束作用很强，剪力墙可按整体小开口墙进行计算；(3)当110时，可按联肢墙进行计算。,5.5.2 按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分,在某些情况下，仅靠值的大小还不足以完全判别剪力墙的类型。通过分析表明，墙肢是否出现反弯点，与墙肢惯性矩的比值IAI、剪力墙的整体参数及结构的层数N等诸多因素有关。,5.5.2 按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分,系数S,5.5.3 剪力墙类型的判别方法,剪力墙的类型判别应以其受力特点为依据，从剪力墙的整体性能及墙肢沿高度是否出现反弯点两个主要特征来进行判别，具体条件如下；(1)当 1时，忽略连梁对墙肢的约束作用
10、，各墙肢按独立墙 肢分别计算；(2)当1 10，且IAI Z时，可按联肢墙计算；(3)当 10，且IAI Z时，可按整体小开口墙进行计算；(4)当 10，且IAI Z时，按壁式框架计算；(5)当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的16时按整体墙计算。,56 剪力墙的截面设计,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,40,楼板,柱,柱主筋,箍筋,梁,梁主筋,横向钢筋,纵向钢筋,柱,梁,洞口边缘纵、横向加强筋,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,1.偏心受压承载力计算公式（1）大偏心受压情况(b),5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,大偏心受压的计算公式：,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,当已知受拉钢筋
11、面积时，对压筋重心取矩：当已知受压钢筋面积时，对拉筋重心取矩：,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,（2）小偏心受压承载力计算公式,考虑地震作用时，承载力计算右边乘以1/RE,对称配筋时:,非对称配筋时:,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,小偏心截面应力分布,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,2.偏心受拉强度计算公式:（1）无地震作用组合（2）有地震作用组合,5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力,大偏拉,（1）按构造要求确定竖向分布钢筋为保证截面上有受压区，即x0，应使（2）按计算求，方法同大偏压，只是N改为负号,小偏拉（全截面受拉）高层建筑设计规中要求不宜在双肢剪力墙中出现小偏拉。,说明：考虑地震
12、作用时，承载力计算公式右边都要乘以承载力抗震调整系数。,5.6.2 墙肢斜截面抗剪承载力,1.偏心受压时抗剪承载力计算公式为:无地震作用时：有地震作用组合时：,要求：剪跨比 取1.52.2,轴向力,工形或T形截面腹板面积,5.6.2 墙肢斜截面抗剪承载力,2.偏拉构件抗剪承载力计算公式:无地震作用组合时：有地震作用组合时：在9度抗震设计时，剪力墙底部加强部位用实际配筋计算的抗弯承载力计算其剪力增大系数：,5.6.3 施工缝的抗滑移验算,按一级抗震等级设计的剪力墙，要防止水平施工缝处发生滑移。考虑了摩擦力的有利影响后，要验算通过水平施工缝的竖向钢筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和分布竖向钢
13、筋不够时，可设置附加插筋，附加插筋在上、下层剪力墙中都要有足够的锚固长度。水平施工缝处的抗滑移能力宜符合下式要求；,5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求,5.7.1 轴压比限值,抗震设计时，一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位(一般为塑性铰区)，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表5.10的限值。截面受压区高度不仅与轴压力有关，而且与截面形状有关。在相同的轴压力作用下，带翼缘的剪力墙受压区高度较小，延性相对要好些，而一字形的矩形截面最为不利。因此，对截面形状为一字形的矩形的剪力墙墙肢应从严控制其轴压比。,剪力墙轴压比限值表,5.7.2 边缘构件的设计,1.约束边缘构件的设计约束边
14、缘构件的主要措施是加大约束边缘构件的长度lc及其体积配箍率v，体积配箍率v由配箍特征值v计算，即,5.7.2 边缘构件的设计,2.构造边缘构件的设计 构造边缘构件按构造要求设置，箍筋的无支长度不应大于300mm，拉筋的水平间距不应大于纵向钢筋间距的2倍。当剪力墙端部为端柱时，端柱中纵向钢筋及箍筋宜按框架柱的构造要求配置。,剪力墙的构造边缘构件,58 短肢剪力墙的设计要求,5.8.1 适用范围,高层建筑结构不应全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置简体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度应比
15、一般的剪力墙结构的规定限值适当降低，7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m。B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，即使设置了筒体，也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。需要说明的是，若在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，则不属于这种短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同工作的剪力墙结构。,5.8.2 加强措施,(1)筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50。(2)短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级。(3)各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和
16、0.7；对于无冀缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限位相应降低0.1。(4)除底部加强部位按一般剪力墙调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值,一、二级抗震等级时分别乘以增大系数1.4和1.2。,5.8.2 加强措施,(5)抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0。(6)短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。(7)7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置冀缘，一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。由于一字形短肢剪力墙的延性和平面外稳定均十分不利。,5.8.3 截面高度与厚度之比小于5的短肢剪力墙,矩形截面的短肢剪
17、力墙的截面高度与厚度之比不宜小于5；当该比值小于5时，其抗震性能更差，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，一、二级时不宜大于表5.10的限值减0.1，三级时不宜大于0.6；当截面高度与厚度之比不大于3时，其受力机理与柱类似，宜按框架柱进行截面设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2，一般部位不应小于1.0，箍筋宜沿墙肢全高加密。,5.9 剪力墙设计构造要求,5.9.1 混凝土强度等级,1.剪力墙混凝土强度等级 为了保证剪力墙的承载能力和变形要求，剪力墙混凝土强度等级不宜太低。一般剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20；带有筒体和短肢剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C25。
18、,5.9.2 剪力墙截面尺寸,当剪力墙的截面尺寸过小而使截面剪应力过高时，即使配置了很多抗剪钢筋，也会在早期出现斜裂缝，而且很可能在钢筋还没有来得及发挥作用时，混凝土就已发生剪切破坏。因此，应规定剪力墙截面尺寸的最小值以限制剪力墙截面上的名义剪应力：无地震作用组合时：有地震作用组合时：剪跨比 大于25时：剪跨比 不大于25时：,5.9.3 剪力墙的分布钢筋要求,剪力墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率可按下式计算：,5.9.4 钢筋锚固和连接要求,非抗震设计时，剪力墙纵向钢筋的最小锚固长度应取la，抗震设计时应取laE。剪力墙竖向及水平钢筋的搭接连接(如图所示)，一、二级抗震等级剪力墙的加强部位，接
19、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500m；其他情况剪力墙的钢筋可在同一部位连接。非抗震设计时，分布钢筋的搭接长度不应小于1.2la，抗震设计时，不应小于1.2laE。暗柱及端柱纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同。,5.9.5 剪力墙开洞时的构造要求,当剪力墙墙面开有非连续小洞口(各边长度小800mm)，且在整体计算中不考虑其影响时，应在洞口四周采取加强措施，以抵抗洞口的应力集中，可将洞口处被截断的分布钢筋分别集中配置在洞口上、下和左、右两边，且钢筋直径不应小于12mm(如图所示)。,剪力墙洞口补强配筋示意,5.10 连梁截面设计及配筋构造,5.10.1
20、连梁的配筋计算,1.抗弯承载力验算2.抗剪承载力验算（连梁中的平均剪应力过小）无地震作用组合时，有地震作用组合时，当跨高比大于25时当跨高比不大于25时，,5.10.1 连梁的配筋计算,（连梁中的平均剪应力过大）无地震作用组合时：有地震作用组合时：当跨高比大于25时当跨高比不大于25时,5.10.2 连梁的剪力设计值计算,1.无地震作用组合以及有地震作用组合的四级抗震等级时，应取考虑水平风荷载或水平地震作用组合的剪力设计值。2.有地震作用组合的一、二、三级抗震等级时，连梁的剪力设计值应按下式进行调整：9度设防时尚应根据连梁实际抗弯配筋反算剪力增大系数，按下式计算：,5.10.3 连梁配筋构造措
21、施,1.连梁顶面、底面纵向受力钢筋伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应小于la；非抗震设计时不应小于laE且不应小于600mm。2.抗震设计时，沿连梁全长的构造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。,
