第九章剪力墻結構設計

會計學1第九章剪力墻結構設計9.1.1內力設計值非抗震和抗震設計的剪力墻應分別按無地震作用和有地震作用進行荷載效應組合，取控制截面的最不利組合內力或對其調整后的內力(統稱為內力設計值)進行配筋設計，墻肢的控制截面一般取墻底截面以及改變墻厚、改變混凝土強度等級、改變配筋量的截面。為加強抗震等級為一級的剪力墻的抗震能力，保證在墻底部出現塑性鉸，其彎矩設計值取法如下：底部加強部位及以上一層，采用墻肢底部截面組合的彎矩計算值；其他部位，取墻肢截面最不利組合的彎矩計算值乘以增大系數1.2作為彎矩設計值。其他抗震等級和非抗震設計的剪力墻的彎矩設計值，采用墻肢截面最不利組合的彎矩計算值。

第1頁/共51頁9.1.1內力設計值

小偏心受拉時墻肢全截面受拉，混凝土開裂貫通整個截面高度，不宜采用小偏心受拉的墻肢，可通過調整剪力墻長度或連梁尺寸避免出現小偏心受拉的墻肢。剪力墻很長時，邊墻肢拉(壓)力很大，可以人為加大洞口或人為開洞口，減小連梁高度而成為對墻肢約束彎矩很小的連梁，地震時，該連梁兩端比較容易屈服形成塑性鉸，而將長墻分成長度較小的墻。在工程中，一般宜使墻的長度不超過8m。此外，減小連梁高度也可減小墻肢軸力。

第2頁/共51頁9.1.1內力設計值

雙肢剪力墻的一個墻肢為大偏心受拉時，另一墻肢的剪力設計值、彎矩設計應值乘以增大系數l.25。原因是：當一個墻肢出現水平裂縫時，剛度降低，由于內力重分布而剪力向無裂縫的另一個墻肢轉移，使另一個墻肢內力加大。為了加強一、二、三級剪力墻墻肢底部加強部位的抗剪能力，避免過早出現剪切破壞，實現強剪弱彎，墻肢截面的剪力組合計算值按下式調整：

第3頁/共51頁9.1.1內力設計值9度時尚應符合

式中：——底部加強部位墻肢截面剪力設計值；

——底部加強部位墻肢截面最不利組合的剪力計算值；

——墻肢底部截面實配的抗震受彎承載力所對應的彎矩值，根據實配縱向鋼筋面積、材料強度標準值和軸力等計算，有翼墻時應計人墻兩側各一倍翼墻厚度范圍內的縱向鋼筋；

——墻肢底部截面最不利組合的彎矩計算值；

——墻肢剪力放大系數，一級為1.6，二級為l.4，三級為l.2。

(9-1)(9-2)第4頁/共51頁9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算

墻肢在軸力和彎矩作用下的承載力計算與柱相似，區(qū)別在于剪力墻的墻肢除在端部配置豎向抗彎鋼筋外，還在端部以外配置豎向和橫向分布鋼筋，豎向分布鋼筋參與抵抗彎矩，橫向分布鋼筋抵抗剪力，計算承載力時應包括分布鋼筋的作用。分布鋼筋一般比較細，容易壓曲，為簡化計算，驗算壓彎承載力時不考慮受壓豎向分布鋼筋的作用。

第5頁/共51頁1.大偏心受壓承載力計算在極限狀態(tài)下，墻肢截面相對受壓區(qū)高度不大于其相對界限受壓區(qū)高度時，為大偏心受壓破壞。

圖9-1極限狀態(tài)下矩形墻肢截面的應力圖形9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第6頁/共51頁

采用以下假定建立墻肢截面大偏心受壓承載力計算公式：①截面變形符合平截面假定；②不考慮受拉混凝土的作用；③受壓區(qū)混凝土的應力圖用等效矩形應力圖替換，應力達到α1fc(fc為混凝土軸心抗壓強度,α1為與混凝土等級有關的等效矩形應力圖系數)；④墻肢端部的縱向受拉、受壓鋼筋屈服；⑤從受壓區(qū)邊緣算起l.5x(x為等效矩形應力圖受壓區(qū)高度)范圍以外的受拉豎向分布鋼筋全部屈服并參與受力計算，1.5x

范圍以內的豎向分布鋼筋未受拉屈服或為受壓，不參與受力計算。由上述假定，極限狀態(tài)下矩形墻肢截面的應力圖形如圖9-1所示，根據和兩個平衡條件，建立方程。9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第7頁/共51頁對稱配筋時，

得：式中，系數，當混凝土強度等級不超過C50時，取1.0，當混凝土強度等級為C80時，取0.94，當混凝土強度等級在C50和C80之間時，按線性內插值取。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-3)(9-4)第8頁/共51頁對受壓區(qū)中心取矩，由可得：

忽略式中項，化簡后得

上式第一項是豎向分布鋼筋抵抗的彎矩，第二項是端部鋼筋抵抗的彎矩，分別為：

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-5)(9-6)(9-7)第9頁/共51頁截面承載力驗算要求：

式中，M為墻肢的彎矩設計值。

當墻肢截面為T形或I形時，可參照T形或I形截面柱的偏心受壓承載力的計算方法計算配筋。首先判斷中和軸的位置，然后計算鋼筋面積。計算中按上述原則考慮豎向分布鋼筋的作用?；炷潦軌焊叨葢蟲≥2a’的條件，否則按x=2a’計算。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-8)第10頁/共51頁2.小偏心受壓承載力計算

在極限狀態(tài)下，墻肢截面混凝土相對受壓區(qū)高度大于其相對界限受壓區(qū)高度時為小偏心受壓。剪力墻墻肢截面小偏心受壓破壞與小偏心受壓柱相同，截面大部分或全部受壓，由于受壓較大一邊的混凝土達到極限壓應變而喪失承載力?？拷軌狠^大邊的端部鋼筋及豎向分布鋼筋屈服，但計算中不考慮豎向分布壓筋的作用。受拉區(qū)的豎向分布鋼筋未屈服，計算中也不考慮其作用。這樣，墻肢截面極限狀態(tài)的應力分布與小偏心受壓柱完全相同，承載力計算方法也相同。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第11頁/共51頁根據平衡方程，得公式：式中——軸向壓力對截面重心的偏心矩，

——附加偏心矩。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-9)第12頁/共51頁

對稱配筋、采用HPB235級和HRB335級熱軋鋼筋時，截面相對受壓區(qū)高度值可用下述近似公式計算：

可得：豎向分布鋼筋按構造要求設置。小偏心受壓時，還要驗算墻肢平面外穩(wěn)定。這時，可按軸心受壓構件計算。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-10)第13頁/共51頁9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算

墻肢在彎矩M和軸向拉力N作用下，當時，為大偏心受拉，墻肢截面大部分受拉、小部分受壓。假定距受壓區(qū)邊緣l.5x

范圍以外的受拉分布鋼筋屈服并參與工作。由平衡條件可知，大偏心受拉承載力的計算公式與大偏心受壓相同，只需將軸向力N變號。

矩形截面對稱配筋時，壓區(qū)高度x可由下式確定：

(9-11)第14頁/共51頁

與大偏壓承載力公式類似，可得到豎向分布鋼筋抵抗的彎矩為：

端部鋼筋抵抗的彎矩為：

與大偏心受壓相同，應先給定豎向分布鋼筋面積，為保證截面有受壓區(qū)，即要求，由式可得豎向分布鋼筋面積應符合下式：

9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算(9-12)(9-13)(9-14)第15頁/共51頁同時，分布鋼筋應滿足最小配筋率要求，在兩者中選擇較大的，然后按下式計算端部鋼筋面積：

當拉力較大、偏心矩時，全截面受拉，屬于小偏心受拉。抗震和非抗震設計的剪力墻的墻肢偏心受壓和偏心受拉承載力的計算公式相同?？拐鹪O計時，承載力計算公式應除以承載力抗震調整系數，偏心受壓、受拉時都取0.85。注意，在計算受壓區(qū)高度x和計算分布鋼筋抵抗矩的公式中，N要乘以。

9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算(9-15)第16頁/共51頁第二節(jié)墻肢斜截面承載力計算9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力

9.2.3偏心受拉斜截面受剪承載力

第17頁/共51頁9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)

墻肢(實體墻)的斜截面剪切破壞大致可以歸納為三種破壞形態(tài)：（1）剪拉破壞。剪跨比較大、無橫向鋼筋或橫向鋼筋很少的墻肢，可能發(fā)生剪拉破壞。斜裂縫出現后即形成一條主要的斜裂縫，并延伸至受壓區(qū)邊緣，使墻肢劈裂為兩部分而破壞。豎向鋼筋錨固不好時也會發(fā)生類似的破壞。剪拉破壞屬脆性破壞，應避免。（2）斜壓破壞。斜裂縫將墻肢分割為許多斜的受壓柱體，混凝土被壓碎而破壞。斜壓破壞發(fā)生在截面尺寸小、剪壓比過大的墻肢。為防止斜壓破壞，墻肢截面尺寸不應過小，應限制截麗的剪壓比。

第18頁/共51頁

（3）剪壓破壞。這是最常見的墻肢剪切破壞形態(tài)。實體墻在豎向力和水平力共同作用下，首先出現水平裂縫或細的傾斜裂縫。水平力增加，出現一條主要斜裂縫，并延伸擴展，混凝土受壓區(qū)減小，最后斜裂縫盡端的受壓區(qū)混凝土在剪應力和壓應力共同作用下破壞，橫向鋼筋屈服。

9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)第19頁/共51頁

墻肢斜截面受剪承載力計算公式主要建立在剪壓破壞的基礎上。受剪承載力由兩部分組成：橫向鋼筋的受剪承載力和混凝土的受剪承載力。作用在墻肢上的軸向壓力加大了截面的受壓區(qū)，提高受剪承載力；軸向拉力對抗剪不利，降低受剪承載力。計算墻肢斜截面受剪承載力時，應計入軸力的有利或不利影響。

9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)第20頁/共51頁9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力

在軸壓力和水平力共同作用下，剪跨比不大于l.5的墻肢以剪切變形為主，首先在腹部出現斜裂縫，形成腹剪斜裂縫，裂縫部分的混凝土即退出工作。取混凝土出現腹剪斜裂縫時的剪力作為混凝土部分的受剪承載力偏于安全。剪跨比大于1.5的墻肢在軸壓力和水平力共同作用下，在截面邊緣出現的水平裂縫向彎矩增大方向傾斜，形成彎剪裂縫，可能導致斜截面剪切破壞。出現彎剪裂縫時混凝土所承擔的剪力作為混凝土受剪承載力偏于安全，實際上與混凝土出現腹剪斜裂縫時的剪力相似，只考慮剪力墻腹板部分混凝土的抗剪作用。

第21頁/共51頁

試驗表明，斜裂縫出現后，穿過斜裂縫的橫向鋼筋拉應力突然增大，說明橫向鋼筋與混凝土共同抗剪。在地震的反復作用下，抗剪承載力降低。綜合上述各作用，偏心受壓墻肢的受剪承載力計算公式為：

無地震作用組合時：有地震作用組合時：

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力(9-16)(9-17)第22頁/共51頁式中、——分別為墻肢截面腹板厚度和有效高度；

A、——分別為墻肢全截面面積和墻肢的腹板面積，矩形截面=A；

N——墻肢的軸向壓力設計值，抗震設計時，應考慮地震作用效應組合，當N

大于時，取；

——橫向分布鋼筋抗拉強度設計值；

s、——分別為橫向分布鋼筋間距及配置在同一截面內的橫向鋼筋面積之和；

——計算截面的剪跨比，當小于l.5時取l.5，當大于2.2時取2.2，當計算截面與墻肢底截面之間的距離小于時，取距墻肢底截面0.5處的值。

=

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力第23頁/共51頁9.2.3偏心受拉斜截面受剪承載力

大偏心受拉時，墻肢截面還有部分受壓區(qū)，混凝土仍可以抗剪，但軸向拉力對抗剪不利。驗算公式為：

無地震作用組合時

有地震作用組合時

公式右邊圓括號內的計算值小于0時取0。

(9-18)(9-19)第24頁/共51頁第三節(jié)墻肢的構造要求9.3.1混凝土強度等級9.3.2最小截面尺寸9.3.3分布鋼筋9.3.4軸壓比限值9.3.5邊緣構件

9.3.6鋼筋連接

第25頁/共51頁9.3.1混凝土強度等級

筒體結構的核心筒和內筒的混凝土強度等級不低于C25，其他剪力墻的混凝土不低于C20。

第26頁/共51頁9.3.2最小截面尺寸

墻肢的截面尺寸，應滿足承載力的要求，還要滿足最小墻厚的要求和剪壓比限值的要求。為保證剪力墻在軸力和側向力作用下平面外穩(wěn)定，防止平面外失穩(wěn)破壞以及有利于混凝土的澆灌質量，剪力墻的最小厚度不應小于表9-1中數值的較大者。

剪力墻墻肢最小厚度表9-1第27頁/共51頁9.3.3分布鋼筋

墻肢應配置豎向和橫向分布鋼筋，分布鋼筋的作用是多方面的：抗剪、抗彎、減少收縮裂縫等。豎向分布鋼筋過少，墻肢端的縱向受力鋼筋屈服時，裂縫寬度大；橫向分布鋼筋過少時，斜裂縫一旦出現，就會發(fā)展成一條主斜裂縫，使墻肢沿斜裂縫劈裂成兩半；豎向分布鋼筋也起到限制斜裂縫開展的作用。墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋要求相同，見表9-2，表中，為墻肢的厚度。

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墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋要求表9-2

在溫度熱脹冷縮影響較大的部位，如房屋頂層的剪力墻，長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻，端開間的縱向剪力墻以及端山墻等，分布鋼筋應適當加強，墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋率都不應小于0.25％，鋼筋間距不應大于200mm。

9.3.3分布鋼筋第29頁/共51頁

為避免墻表面的溫度收縮裂縫，為使混凝土均勻受力，墻肢分布鋼筋不允許采用單排配筋，應采用雙排或多排配筋。墻的厚度不大于400mm時，可以采用雙排配筋；大于400mm、不大于700mm時，可以采用3排配筋；大于700mm時，可以采用4排配筋。各排分布鋼筋之間設置拉筋，拉筋間距不大于600mm，可按梅花形布置，直徑不小于6mm，在底部加強部位，拉筋間距適當加密。

9.3.3分布鋼筋第30頁/共51頁9.3.4軸壓比限值

隨著建筑高度的增加，剪力墻墻肢的軸壓力也增加。與鋼筋混凝土柱相同，軸壓比是影響墻肢抗震性能的主要因素之一，軸壓比大于一定值后，延性很小或沒有延性。因此，有必要限制抗震剪力墻墻肢的軸壓比。一般情況下，剪力墻底部是最有可能屈服、形成塑性鉸的部位。各種結構類型一、二級抗震等級剪力墻的底部加強部位，在重力荷載代表值作用下的墻肢的軸壓比限值見表9-3。

第31頁/共51頁

墻肢軸壓比限值表9-3

軸壓比,計算墻肢的軸壓比時，軸向壓力設計值N

取重力荷載代表值作用下產生的軸壓力設計值(自重分項系數取1.2，活荷載分項系數取1.4)。一般情況下，底部加強部位高度范圍內，墻肢厚度不變，混凝土強度等級不變，因此，只需驗算墻肢底截面的軸壓比；若底部加強部位的墻肢厚度或混凝土強度等級有變化，則還應驗算變化截面的軸壓比。在底部加強部位以上，雖然沒有規(guī)定軸壓比的限值，但最好也不要超過表9-3的軸壓比限值。

9.3.4軸壓比限值第32頁/共51頁9.3.5邊緣構件剪力墻截面兩端設置邊緣構件是提高墻肢端部混凝土極限壓應變、改善剪力墻延性的重要措施。邊緣構件分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩類。約束邊緣構件是指用箍筋約束的暗柱、端柱和翼墻，其箍筋較多，對7昆凝土的約束較強，因而混凝土有比較大的變形能力；構造邊緣構件的箍筋較少，對混凝土約束程度較差。下列剪力墻的兩端應設置約束邊緣構件：一、二級剪力墻底截面的軸壓比超過0.1(9度一級)、0.2(7、8度一級)或0.3(二級)的剪力墻；部分框支剪力墻結構的一、二級剪力墻。約束邊緣構件設置高度為：底部加強部位及以上一層。

第33頁/共51頁約束邊緣構件包括暗柱(矩形截面端部)、端柱和翼墻三種形式。端柱截面邊長不應小于2倍墻厚，翼墻長度不應小于其3倍厚度；不足時視為無端柱或無翼墻，按矩形截面端部處理；部分框支剪力墻結構，一、二級落地墻的底部加強部位及以上一層，剪力墻(指整片墻，不是指墻肢)的兩端必須有端柱或翼墻。

9.3.5邊緣構件第34頁/共51頁9.3.6鋼筋連接

剪力墻內鋼筋的錨固長度，非抗震設計時，不小于，抗震設計時不小于。

墻肢豎向及橫向分布鋼筋通常采用搭接連接，一、二級抗震墻的加強部位，接頭位置應錯開，見圖9-2，每次連接的鋼筋數量不超過總數的50％，錯開凈距不小于500mm；其他情況的墻可以在同一部位連接。非抗震設計時，搭接長度不小于1.2，抗震設計時不小于l.2。

圖9-2接頭位置第35頁/共51頁第四節(jié)連梁設計9.4.1概述9.4.2內力設計值9.4.3承載力驗算

9.4.4構造要求第36頁/共51頁9.4.1概述連粱的特點是跨高比小，住宅、旅館剪力墻結構的連梁的跨高比往往小于2.0，甚至不大于l.0，在側向力作用下，連梁比較容易出現剪切斜裂縫，見圖9-3。按照延性剪力墻強墻弱梁要求，連梁屈服應先于墻肢屈服，即連梁首先形成塑性鉸耗散地震能量；連梁應當強剪弱彎，避免剪切破壞。一般剪力墻中，可采用降低連梁的彎矩設計值的方法，使連梁先于墻肢屈服和實現彎曲屈服。由于連梁跨高比小，很難避免斜裂縫及剪切破壞，必須采取限制連梁名義剪應力等措施推遲連梁的剪切破壞。第37頁/共51頁

圖9-3小跨高比連梁的變形和裂縫圖

(a)變形圖；(b)裂縫圖對于延性要求高的核心筒連梁和框筒裙梁，可采用特殊措施，如配置交叉斜筋或交叉暗撐，改善連梁受力性能。

9.4.1概述第38頁/共51頁9.4.2內力設計值1.彎矩設計值為了使連梁彎曲屈服，應降低連梁的彎矩設計值，方法是彎矩調幅。調幅的方法有兩個：a.

在小震作用下的內力和位移計算時，通過折減連梁的剛度，使連梁的彎矩、剪力值減小。設防烈度為6、7度時，折減系數不小于0.7；8、9度時，折減系數不小于0.5。折減系數不能過小，以保證連梁有足夠的承受豎向荷載的能力。

第39頁/共51頁

按連梁彈性剛度計算內力和位移，將彎矩組合值乘以折減系數?？拐鹪O防烈度為6度和7度，折減系數不小于0.8；8度和9度時，不小于0.5。用這種方法時應適當增加其他連梁的彎矩設計值(圖9-4)，以補償靜力平衡。

圖9-4連梁彎矩調幅9.4.2內力設計值第40頁/共51頁2.剪力設計值

非抗震設計及四級剪力墻的連梁，取最不利組合的剪力計算值作為其剪力設計值。一、二、三級剪力墻的連梁，按強剪弱彎要求調整連梁梁端截面組合的剪力計算值，調整后的剪力作為設計值，即連梁截面剪力設計值按下式計算：

9度抗震設計時尚應符合：

9.4.2內力設計值(9-20)(9-21)第41頁/共51頁9.4.3承載力驗算1.受彎承載力驗算

無地震作用組合時

有地震作用組合時

式中——連梁彎矩設計值；

——受力縱向鋼筋面積；

——上、下受力鋼筋重心之間的距離。

(9-22)(9-23)第42頁/共51頁2.受剪承載力驗算跨高比較小的連梁斜裂縫擴展到全對角線上，在地震往復作用下，受剪承載力降低。連梁的受剪承載力按下式驗算：

無地震作用組合時有地震作用組合時:

跨高比大于2.5時

跨高比不大于2.5時

9.4.2內力設計值(9-24)(9-25)(9-26)第43頁/共51頁1.最小截面尺寸

為避免過早出現斜裂縫和混凝土過早剪壞，要限制截面名義剪應力，連梁截面的剪力設計值應滿足下式要求：無地震作用組合時:有地震作用組合時:跨高比大于2.5時跨高比不大于2.5時

9.4.4構造要求(9-27)(9-28)(9-29)第44頁/共51頁2.配筋