高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、高層建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計第1頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四51 概述第2頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.1.1 結(jié)構(gòu)布置 1 . 概念 剪力墻是縱橫兩個方向均由鋼筋混凝土墻組成的空間結(jié)構(gòu)體系。除了承受樓板的豎向荷載外，還要承受風(fēng)荷載、水平地震作用等水平作用。第3頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.1.1 結(jié)構(gòu)布置2 . 布置原則 剪力墻應(yīng)盡量布置得比較規(guī)則，拉通、對直。 剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，不宜突然取消或中斷，避免剛度突變。 墻不宜布置得太密，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大。 剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較好的延性。3 .

2、 特點 平面內(nèi)剛度及承載力大，平面平面外剛度及承載力相對很小。第4頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四第5頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.1.2 剪力墻的分類1 . 整體剪力墻 （1）無洞口或洞口面積不超過墻面面積的16，且孔洞間凈距及孔洞至墻邊凈距大于孔洞長邊； （2）雙肢墻，但連梁很弱（10，截面慣性 矩比整體小開口墻第7頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.1.2 剪力墻的分類 3 . 聯(lián)肢剪力墻（雙肢墻、多肢墻） 彎矩圖呈顯著鋸齒型，截面應(yīng)力不是直線分布，110第8頁，共71頁，2022年，5月20日，20點1

3、8分，星期四5.1.2 剪力墻的分類4 . 壁式框架 （1）墻肢彎矩圖中各層 有反彎點，墻肢拉壓力 較大； （2）10(連梁強、墻肢 弱），第9頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.1.2 剪力墻的分類整體剪力墻整體小開口墻雙肢墻多肢墻第10頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 1.3 剪力墻的分析方法1 . 材料力學(xué)分析法 對于整體墻，在水平力作用下截面仍保持平面，法向應(yīng)力呈線性分布，可采用材料力學(xué)中有關(guān)公式計算內(nèi)力及變形。2 . 連續(xù)化方法將每一樓層的連梁假想為在層高內(nèi)均布的一系列連續(xù)連桿，由連桿的位移協(xié)調(diào)條件建立墻的內(nèi)力微分方程，從中求解

4、出外力。3 . 壁式框架分析法將開有較大洞口的剪力墻視為帶剛域的框架，用D值法進行求解，也可以用位移法借助計算機進行求解。4 . 有限元法和有限條法將剪力墻結(jié)構(gòu)進行等效連續(xù)化處理后，取條帶進行計算。第11頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四52 整體剪力墻及整體小開口剪力墻的計算第12頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.2.1 整體墻的計算位移計算 = 彎曲變形 + 剪切變形位移計算： 第13頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.2.1 整體墻的計算1 . 判別條件：洞口15；或雙肢10 壁式框架與普通框架對比：相同點：在

5、水平荷載作用下會出現(xiàn)反彎點不同點： 梁寬柱寬，其剛度要考慮剪切變形的影響而降低 梁墻相交部分面積大變形小，形成剛域，其剛度 要考慮剛域的影響而提高結(jié)論：壁式框架的計算考慮兩個修正后，內(nèi)力和位移計算方法與普通框架相同，采用D值法。第26頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.4.2 壁式框架內(nèi)力計算2 . 剛域的取法 帶剛域框架的梁柱軸線取連梁和墻肢的形心線。第27頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.4.1 壁式框架計算筒圖剛域長度梁方向柱方向剛域長度第28頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 4.2 壁式框架內(nèi)力計算1

6、. 帶剛域框架柱的D值普通框架：(1)壁式框架：(1)用k代替普通框架中的i即可梁柱式中第29頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 4.2 壁式框架內(nèi)力計算普通框架：(2)梁柱剛度比一般層底層(3)一般層底層(4)壁式框架：(2)梁柱剛度比(3)(4)第30頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.4.2 壁式框架內(nèi)力計算2 . 考慮剪切變形后壁柱D值計算 壁梁和壁柱的剛度確定之后，就可以按照前面類似的方法計算D值,見下表:第31頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 4.2 壁式框架內(nèi)力計算3 . 考慮剪切變形后對壁柱反彎

7、點高度的修正普通框架柱壁式框架柱第32頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.4.3 壁式框架位移計算梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移: 層間位移 頂點位移 壁柱反彎點位置第33頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.5 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類第34頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.5.1 按整體參數(shù)來劃分 判別剪力墻類別的一個定性的標(biāo)準(zhǔn)：(1) 當(dāng)1時，可以忽略連梁對墻肢的約束作俐，剪力墻按獨立墻肢進行計算；(2) 當(dāng)10時，連梁對墻肢的約束作用很強，剪力墻可按整體小開口墻進行計算；(3) 當(dāng)110時，可按聯(lián)肢墻進行計算。第35頁，共7

8、1頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.5.2 按剪力墻墻肢慣性矩比值來劃分 在某些情況下，僅靠值的大小還不足以完全判別剪力墻的類型。通過分析表明，墻肢是否出現(xiàn)反彎點，與墻肢慣性矩的比值IAI 、剪力墻的整體參數(shù)及結(jié)構(gòu)的層數(shù)N等諸多因素有關(guān)。第36頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.5.2 按剪力墻墻肢慣性矩比值來劃分 系數(shù)S第37頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.5. 3 剪力墻類型的判別方法剪力墻的類型判別應(yīng)以其受力特點為依據(jù)，從剪力墻的整體性能及墻肢沿高度是否出現(xiàn)反彎點兩個主要特征來進行判別，具體條件如下；(1)當(dāng) 1時

9、，忽略連梁對墻肢的約束作用，各墻肢按獨立墻 肢分別計算；(2)當(dāng)1 10，且IAI Z時，可按聯(lián)肢墻計算；(3)當(dāng) 10，且IAI Z時，可按整體小開口墻進行計算；(4)當(dāng) 10，且IAI Z時，按壁式框架計算；(5)當(dāng)無洞口或有洞口而洞口面積小于墻總立面的16時按整體墻計算。第38頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四56 剪力墻的截面設(shè)計第39頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力樓板柱柱主筋箍筋梁梁主筋橫向鋼筋縱向鋼筋柱梁洞口邊緣縱、橫向加強筋40第40頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6

10、.1 墻肢正截面抗彎承載力1 . 偏心受壓承載力計算公式 （1）大偏心受壓情況( b)第41頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力大偏心受壓的計算公式：第42頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力當(dāng)已知受拉鋼筋面積時，對壓筋重心取矩：當(dāng)已知受壓鋼筋面積時，對拉筋重心取矩：第43頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力（2）小偏心受壓承載力計算公式考慮地震作用時，承載力計算右邊乘以1/RE對稱配筋時:非對稱配筋時:第44頁，共71頁，2022年

11、，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力小偏心截面應(yīng)力分布第45頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力2 . 偏心受拉強度計算公式:（1） 無地震作用組合（2） 有地震作用組合第46頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.1 墻肢正截面抗彎承載力大偏拉（1）按構(gòu)造要求確定豎向分布鋼筋為保證截面上有受壓區(qū)，即x0，應(yīng)使（2）按計算求 ，方法同大偏壓，只是N改為負號小偏拉 （全截面受拉）高層建筑設(shè)計規(guī)中要求不宜在雙肢剪力墻中出現(xiàn)小偏拉 。 說明：考慮地震作用時，承載力計算公式右邊都要乘以承載力抗

12、震調(diào)整系數(shù) 。第47頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.2 墻肢斜截面抗剪承載力1 . 偏心受壓時抗剪承載力計算公式為:無地震作用時：有地震作用組合時：要求：剪跨比 取1.52.2軸向力工形或T形截面腹板面積第48頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.2 墻肢斜截面抗剪承載力2. 偏拉構(gòu)件抗剪承載力計算公式:無地震作用組合時：有地震作用組合時：在9度抗震設(shè)計時，剪力墻底部加強部位用實際配筋計算的抗彎承載力計算其剪力增大系數(shù)：第49頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.6.3 施工縫的抗滑移驗算 按一級抗震等級設(shè)計

13、的剪力墻，要防止水平施工縫處發(fā)生滑移。考慮了摩擦力的有利影響后，要驗算通過水平施工縫的豎向鋼筋是否足以抵抗水平剪力。當(dāng)已配置的端部和分布豎向鋼筋不夠時，可設(shè)置附加插筋，附加插筋在上、下層剪力墻中都要有足夠的錨固長度。水平施工縫處的抗滑移能力宜符合下式要求；第50頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.7 剪力墻軸壓比限值及邊緣構(gòu)件配筋要求第51頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 7.1 軸壓比限值 抗震設(shè)計時，一、二級抗震等級的剪力墻底部加強部位(一般為塑性鉸區(qū))，其重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓比不宜超過表5.10的限值。 截面受壓區(qū)高度不僅

14、與軸壓力有關(guān)，而且與截面形狀有關(guān)。在相同的軸壓力作用下，帶翼緣的剪力墻受壓區(qū)高度較小，延性相對要好些，而一字形的矩形截面最為不利。因此，對截面形狀為一字形的矩形的剪力墻墻肢應(yīng)從嚴控制其軸壓比。軸壓比一級(9度)一級(7、8度)二級0.40.50.6剪力墻軸壓比限值表第52頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.7.2 邊緣構(gòu)件的設(shè)計1 . 約束邊緣構(gòu)件的設(shè)計約束邊緣構(gòu)件的主要措施是加大約束邊緣構(gòu)件的長度lc及其體積配箍率v，體積配箍率v由配箍特征值v計算，即 第53頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四第54頁，共71頁，2022年，5月20日，20點

15、18分，星期四5.7.2 邊緣構(gòu)件的設(shè)計2 . 構(gòu)造邊緣構(gòu)件的設(shè)計 構(gòu)造邊緣構(gòu)件按構(gòu)造要求設(shè)置，箍筋的無支長度不應(yīng)大于300mm，拉筋的水平間距不應(yīng)大于縱向鋼筋間距的2倍。當(dāng)剪力墻端部為端柱時，端柱中縱向鋼筋及箍筋宜按框架柱的構(gòu)造要求配置。剪力墻的構(gòu)造邊緣構(gòu)件第55頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四58 短肢剪力墻的設(shè)計要求第56頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.8.1 適用范圍 高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置簡體(或一般剪力墻)，形成短肢剪力墻與簡體(或一般剪力墻)共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。具有較多

16、短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度應(yīng)比一般的剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定限值適當(dāng)降低，7度和8度抗震設(shè)計時分別不應(yīng)大于100m和60m。B級高度高層建筑和9度抗震設(shè)計的A級高度高層建筑，即使設(shè)置了筒體，也不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。需要說明的是，若在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個別小墻肢，則不屬于這種短肢剪力墻與簡體(或一般剪力墻)共同工作的剪力墻結(jié)構(gòu)。第57頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.8.2 加強措施(1) 筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50。(2) 短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級。(3) 各層短

17、肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無冀緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限位相應(yīng)降低0.1。(4) 除底部加強部位按一般剪力墻調(diào)整剪力設(shè)計值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計值,一、二級抗震等級時分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。第58頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.8.2 加強措施(5) 抗震設(shè)計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0。 (6) 短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200mm。(7) 7度和8度抗震設(shè)計時，短肢剪力墻宜設(shè)置

18、冀緣，一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。由于一字形短肢剪力墻的延性和平面外穩(wěn)定均十分不利。第59頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.8.3 截面高度與厚度之比小于5的短肢剪力墻 矩形截面的短肢剪力墻的截面高度與厚度之比不宜小于5；當(dāng)該比值小于5時，其抗震性能更差，其在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，一、二級時不宜大于表5.10的限值減0.1，三級時不宜大于0.6；當(dāng)截面高度與厚度之比不大于3時，其受力機理與柱類似，宜按框架柱進行截面設(shè)計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于1.2，一般部位不應(yīng)小于1. 0，箍筋宜沿墻肢全高加密。第60頁

19、，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.9 剪力墻設(shè)計構(gòu)造要求第61頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5. 9.1 混凝土強度等級1 . 剪力墻混凝土強度等級 為了保證剪力墻的承載能力和變形要求，剪力墻混凝土強度等級不宜太低。 一般剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應(yīng)低于C20； 帶有筒體和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應(yīng)低于C25。第62頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.9.2 剪力墻截面尺寸 當(dāng)剪力墻的截面尺寸過小而使截面剪應(yīng)力過高時，即使配置了很多抗剪鋼筋，也會在早期出現(xiàn)斜裂縫，而且很可能在鋼筋還沒有來得及發(fā)揮作用時，混凝土

20、就已發(fā)生剪切破壞。因此，應(yīng)規(guī)定剪力墻截面尺寸的最小值以限制剪力墻截面上的名義剪應(yīng)力：無地震作用組合時：有地震作用組合時：剪跨比 大于25時：剪跨比 不大于25時：第63頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.9.3 剪力墻的分布鋼筋要求剪力墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率可按下式計算：第64頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.9.4 鋼筋錨固和連接要求 非抗震設(shè)計時，剪力墻縱向鋼筋的最小錨固長度應(yīng)取la，抗震設(shè)計時應(yīng)取laE。剪力墻豎向及水平鋼筋的搭接連接(如圖所示)，一、二級抗震等級剪力墻的加強部位，接頭位置應(yīng)錯開，每次連接的鋼筋數(shù)量不宜超過總數(shù)

21、量的50，錯開凈距不宜小于500m；其他情況剪力墻的鋼筋可在同一部位連接。非抗震設(shè)計時，分布鋼筋的搭接長度不應(yīng)小于1.2la，抗震設(shè)計時，不應(yīng)小于1.2laE。暗柱及端柱縱向鋼筋連接和錨固要求宜與框架柱相同。第65頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.9.5 剪力墻開洞時的構(gòu)造要求 當(dāng)剪力墻墻面開有非連續(xù)小洞口(各邊長度小800mm)，且在整體計算中不考慮其影響時，應(yīng)在洞口四周采取加強措施，以抵抗洞口的應(yīng)力集中，可將洞口處被截斷的分布鋼筋分別集中配置在洞口上、下和左、右兩邊，且鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm(如圖所示)。剪力墻洞口補強配筋示意第66頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.10 連梁截面設(shè)計及配筋構(gòu)造第67頁，共71頁，2022年，5月20日，20點18分，星期四5.10.1 連梁的配筋計算1 . 抗彎承載力驗算2 . 抗剪承載力驗算 （連梁中的平均剪應(yīng)力過小）無地震作用組合時，有地震作用組合