第7章 鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計(jì)

第7章鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計(jì)和構(gòu)造7.1

概述7.2

墻肢設(shè)計(jì)7.3

連梁設(shè)計(jì)7.1

概述7.1.1剪力墻分類1.按幾何形式分(見圖7-1)(1)懸臂剪力墻(實(shí)體墻不開洞，只有墻肢構(gòu)件)。

(2)聯(lián)肢剪力墻(開有洞口的剪力墻，由墻肢和連梁組成)。(3)帶邊框剪力墻(在框剪結(jié)構(gòu)中，剪力墻往往和梁柱結(jié)合在一起)。(4)框支剪力墻(框架支承剪力墻)。(5)筒體（井筒）2.根據(jù)剪力墻的高寬比及受力破壞特征分(見圖7-2)(1)高墻——H/hw≥2，彎曲破壞。(2)中高墻——H/hw=1~2，彎剪破壞。(3)矮墻——H/hw<1，剪切破壞。另：剪力墻還可發(fā)生滑移破壞

(施工縫處截面)。7.1.2剪力墻設(shè)計(jì)要求1.剪力墻一般設(shè)計(jì)要求(1)實(shí)體墻(墻肢)承受軸力(壓力或拉力)、彎矩、剪力的共同作用，與鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件(柱)的受力基本相同。(2)與柱子相比，它的截面往往薄而長(受力方向的高度與厚度之比大于4時(shí)，按剪力墻截面設(shè)計(jì)；不大于4時(shí)，宜按框架柱截面設(shè)計(jì)

)，沿截面高度方向需配置較多的分布鋼筋。(3)剪力墻中剪力一般較柱大，故抗剪要求較高。(4)剪力墻必須依賴各層樓板作為支撐，保持平面外的穩(wěn)定，在樓層之間也要保持局部穩(wěn)定，必要時(shí)應(yīng)驗(yàn)算平面外的承載力。(5)連梁主要承受彎矩和剪力，軸力可忽略。2.剪力墻延性抗震設(shè)計(jì)原則強(qiáng)墻(肢)弱(連)梁強(qiáng)剪弱彎限制墻肢的軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件加強(qiáng)重點(diǎn)部位——底部加強(qiáng)部位(pp217)底部加強(qiáng)部位的高度可取底部兩層和墻體總高度的1／10二者的較大值；底部加強(qiáng)部位的高度，應(yīng)從地下室頂板算起；當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固端位于地下一層底板或以下時(shí)，底部加強(qiáng)部位宜延伸到計(jì)算嵌固端。連梁特殊措施（保證延性）7.1.3

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容(1)正截面抗彎承載力→確定墻肢豎向抗彎鋼筋(壓彎或拉彎構(gòu)件確定縱向鋼筋)(2)斜截面抗剪承載力

→確定墻肢水平抗剪鋼筋(3)裂縫控制(裂縫寬度)驗(yàn)算(4)平面外軸心受壓承載力驗(yàn)算(6)連梁正截面抗彎承載力→受彎構(gòu)件確定縱筋(7)連梁斜截面抗剪承載力→受彎構(gòu)件確定箍筋(5)在集中荷載作用下，墻內(nèi)無暗柱時(shí)還應(yīng)進(jìn)行局部受壓承載力驗(yàn)算。

7.1.4剪力墻中的鋼筋(1)墻肢豎向受力鋼筋

——墻肢截面的端部鋼筋(通過墻肢正截面承載力確定)(2)墻肢豎向分布鋼筋

——墻肢截面的中部(通過墻肢正截面承載力或構(gòu)造要求確定)(3)墻肢水平分布鋼筋

——沿墻身高度分布(通過墻肢斜截面抗剪承載力確定)圖7-9(4)連梁縱向鋼筋

(5)連梁箍筋

——由連梁正截面承載力確定——由連梁斜截面承載力確定圖7-117.2

墻肢設(shè)計(jì)7.2.1

控制截面及內(nèi)力設(shè)計(jì)值1.控制截面(1)墻底截面——彎矩和剪力最大。(2)沿高度方向，在剪力墻斷面尺寸改變或配筋變化的截面。(3)連梁的兩端截面，彎矩和剪力都比較大。(4)控制截面要進(jìn)行承載力計(jì)算(正截面及斜截面承載力)。2.內(nèi)力設(shè)計(jì)值及調(diào)整按控制截面的最不利組合內(nèi)力并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整后，作為截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值，需調(diào)整項(xiàng)目如下：2一級(jí)的剪力墻的底部加強(qiáng)部位以上的部位

一級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)層以上的部位，墻肢截面的組合彎矩設(shè)計(jì)值乘以1.2

的增大系數(shù)；組合剪力設(shè)計(jì)值乘以1.3

的增大系數(shù)。1雙肢剪力墻抗震設(shè)計(jì)的雙肢剪力墻，其墻肢不宜出現(xiàn)小偏心受拉；當(dāng)一個(gè)墻肢為偏心受拉時(shí)，另一墻肢的剪力設(shè)計(jì)值、彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)1.25。注：當(dāng)一個(gè)墻肢出現(xiàn)水平裂縫時(shí)，剛度降低，由于內(nèi)力重分布，剪力向無裂縫的另一個(gè)墻肢轉(zhuǎn)移，使另一個(gè)墻肢內(nèi)力加大。

3墻肢底部加強(qiáng)部位一、二、三級(jí)剪力墻墻肢底部加強(qiáng)部位，墻肢截面的剪力設(shè)計(jì)值按右式調(diào)整：注：為了加強(qiáng)墻肢底部加強(qiáng)部位的抗剪能力，避免過早出現(xiàn)剪切破壞，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎。

9度時(shí)一級(jí)應(yīng)符合：V—底部加強(qiáng)部位墻肢截面剪力設(shè)計(jì)值；Vw—底部加強(qiáng)部位墻肢截面最不利組合的剪力計(jì)算值；Muwa—墻肢底部截面實(shí)配的抗震受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值；Mw—墻肢底部截面最不利組合的彎矩計(jì)算值；vw—墻肢剪力增大系數(shù)，一級(jí)為1.6，二級(jí)為1.4，三級(jí)為1.2。二、三級(jí)的其他部位及四級(jí)時(shí)可不調(diào)整——采用墻肢截面最不利組合的剪力設(shè)計(jì)值。

7.2.2

墻肢正截面壓彎承載力

墻肢正截面壓彎承載力計(jì)算基本同鋼筋混凝土偏壓構(gòu)件(柱)。不同在于：——墻肢受拉區(qū)中的豎向分布鋼筋可考慮部分參與受力，以減少端部鋼筋數(shù)量。在受壓區(qū)，不考慮分布筋的作用——由于豎向分布筋都比較細(xì)(多數(shù)在12以下)，容易產(chǎn)生壓屈現(xiàn)象(如有可靠措施防止分布筋壓屈，也可以考慮其作用)。1.大偏心受壓承載力計(jì)算公式(≤b)(1)根據(jù)平截面假定，當(dāng)≤b時(shí)，構(gòu)件為大偏心受壓，平衡配筋的受壓區(qū)相對(duì)高度為：

(2)受拉鋼筋應(yīng)力s=fy。(3)分布鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)力fyw。(4)只計(jì)算hw0-1.5x范圍內(nèi)的分布鋼筋，并認(rèn)為它們都達(dá)到了屈服應(yīng)力(在中和軸附近的分布鋼筋應(yīng)力較小，不計(jì)入)。(見圖7-3)根據(jù)平衡條件，可寫出∑N=0、∑M=0（對(duì)混凝土受壓區(qū)中心取矩）兩個(gè)方程式：式中：Asw——剪力墻腹板中豎向分布鋼筋總面積，布置在hw0

高度范圍內(nèi)。

e0=MN，M取前述調(diào)整后的值。

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)。剪力墻取0.85。2.

小偏心受壓承載力計(jì)算(>b)(1)截面全部受壓或大部分受壓。(2)受拉部分的鋼筋未達(dá)到屈服應(yīng)力。(3)所有分布鋼筋都不計(jì)入抗彎。(4)剪力墻截面的正截面承載力計(jì)算和柱子相同。(如圖7-4)7.2.3

墻肢偏心受拉承載力計(jì)算1.墻肢受拉情況(不宜采用小偏心受拉墻肢)(1)小偏心受拉時(shí)墻肢全截面受拉，混凝土開裂貫通整個(gè)截面高度。(2)通過調(diào)整剪力墻長度或連梁尺寸避免出現(xiàn)小偏心受拉的墻肢。(3)剪力墻很長時(shí)，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(duì)墻肢約束彎距很小的連梁。(4)地震時(shí)，連梁兩端比較容易形成塑性鉸，可將長墻分成長度較小的墻。在實(shí)際工程中，一般使墻的長度不大于8m。(5)減小連梁高度也可減小墻肢軸力。2.大偏心受拉承載力計(jì)算公式(1)大偏心受拉的判別條件為：M/N＞hw/2-a；(2)受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服，即s=fy；(3)分布鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)力fyw；(4)只計(jì)算hw0-1.5x范圍內(nèi)的分布鋼筋，并認(rèn)為它們都達(dá)到了屈服應(yīng)力(在中和軸附近的分布鋼筋應(yīng)力較小，不計(jì)入)。如圖7－5根據(jù)平衡條件，可寫出∑N=0、∑M=0(對(duì)混凝土受壓區(qū)中心取矩)兩個(gè)方程式：式中：Asw——剪力墻腹板中豎向分布鋼筋總面積，布置在

hw0高度范圍內(nèi)。e0=MN，M取前述調(diào)整后的值。

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)。剪力墻取0.85。7.2.4

斜截面抗剪承載力計(jì)算1.剪力墻中斜裂縫剪跨比大于1.5的墻肢：在軸壓力和剪力共同作用下，由彎曲受拉邊緣先出現(xiàn)水平裂縫，然后向傾斜方向發(fā)展成為斜裂縫。剪跨比不大于1.5的墻肢：以剪切變形為主，因腹板中部主拉應(yīng)力過大而出現(xiàn)斜向裂縫，然后向兩邊緣發(fā)展。2.斜裂縫出現(xiàn)后的剪切破壞形態(tài)(1)剪拉破壞——當(dāng)無腹部鋼筋或腹部鋼筋過少，斜裂縫一旦出現(xiàn)，很快會(huì)形成一條主裂縫，使構(gòu)件劈裂而喪失承載能力。避免這類破壞的主要措施是配置必需的腹部鋼筋。(2)剪壓破壞——當(dāng)配置足夠的腹部鋼筋時(shí)，腹部鋼筋可抵抗斜裂縫的開展。隨著裂縫逐步擴(kuò)大，混凝土受剪的區(qū)域減小，最后在壓應(yīng)力及剪應(yīng)力的共同作用下混凝土破碎而喪失承載能力。剪力墻抗剪腹筋計(jì)算主要是建立在這種破壞形態(tài)的基礎(chǔ)上的。(3)斜壓破壞——當(dāng)剪力墻截面過小或混凝土強(qiáng)度等級(jí)選擇不恰當(dāng)時(shí)，截面剪應(yīng)力過高，腹板中較早出現(xiàn)斜裂縫。盡管按照計(jì)算需要可以配置許多腹部鋼筋，但過多的腹部鋼筋并不能充分發(fā)揮作用，鋼筋應(yīng)力較小時(shí)，混凝土就被剪壓破碎了。這種破壞只能用加大構(gòu)件截面或提高混凝土等級(jí)來防止，在設(shè)計(jì)中則從限制截面的剪壓比體現(xiàn)這一要求。3.偏心受壓斜截面抗剪承載力(1)無地震作用組合時(shí):(2)有地震作用組合時(shí):4.偏心受拉斜截面抗剪承載力(1)無地震作用組合時(shí):(2)有地震作用組合時(shí):式中：VE取前述調(diào)整后的值。

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)。剪力墻取0.85。Aw、A——墻肢腹板橫截面面積和全截面面積。1.混凝土強(qiáng)度等級(jí)，不低于C20，筒體不低于C30；抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜高于C60。7.2.5

墻肢構(gòu)造要求2.最小截面尺寸(1)最小厚度的要求，(pp226)表7-1。(2)剪壓比限值的要求，(pp227)式(7-20)。3.分布鋼筋，(pp227)表7-2。(1)墻肢豎向及橫向分布鋼筋的最小配筋要求(2)分布鋼筋的布置要求4.軸壓比限值，(pp228)表7-3。邊緣構(gòu)件——剪力墻端部的暗柱、端柱和翼柱(或翼墻)。圖7-7(pp229)。剪力墻的邊緣構(gòu)件有橫向鋼筋的約束，可改善受壓混凝土的受壓性能，增大延性。約束邊緣構(gòu)件——其箍筋較多，對(duì)混凝土的約束較強(qiáng)，因而混凝土有比較大的變形能力；構(gòu)造邊緣構(gòu)件——箍筋較少，對(duì)混凝土約束程度較差。5.邊緣構(gòu)件邊緣構(gòu)件設(shè)置要求剪力墻兩端和洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件

。一、二、三級(jí)剪力墻底層墻肢底截面的軸壓比大于表7-4(pp229)的規(guī)定值時(shí)，以及部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻，應(yīng)在底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；除上條所列部位外，剪力墻應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件(pp231)；B級(jí)高度高層建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構(gòu)件層與構(gòu)造邊緣構(gòu)件層之間設(shè)置1～2層過渡層，過渡層邊緣構(gòu)件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構(gòu)件的要求，但應(yīng)高于構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。

約束邊緣構(gòu)件約束邊緣構(gòu)件的形式。見圖7-7約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置要求，(pp230)

表7-5。約束邊緣構(gòu)件的體積配箍率由配箍特征值λv確定：構(gòu)造邊緣構(gòu)件構(gòu)造邊緣構(gòu)件的范圍。見圖7-8構(gòu)造邊緣構(gòu)件的設(shè)置要求。(pp231)表7-6。6.鋼筋連接(1)剪力墻內(nèi)鋼筋的錨固長度非抗震設(shè)計(jì)不小于la；抗震設(shè)計(jì)不小于laE。(2)墻肢分布鋼筋的連接，見下圖一、二級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的加強(qiáng)部位，接頭位置應(yīng)錯(cuò)開，每次連接的鋼筋數(shù)量不宜超過總數(shù)量的50%；錯(cuò)開凈距不宜小于500mm；其他情況剪力墻的鋼筋可在同一截面連接。

剪力墻中的連梁受有彎矩、剪力、軸力的共向作用。但一般軸力較小，常常忽略而按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。7.3

連梁設(shè)計(jì)7.3.1連梁的受力特點(diǎn)7.3.2連梁的破壞特征大多數(shù)連梁跨高比較小(可能小于2.5，有時(shí)接近于1)。在水平荷載下，梁兩端作用有符號(hào)相反的彎矩，剪切變形大，容易出現(xiàn)剪切斜裂縫。在反復(fù)荷載作用下，斜裂縫很快擴(kuò)展到全對(duì)角線上，導(dǎo)致剪切破壞(pp232)(圖7-10)。因此，有地震作用時(shí)，連梁抗震承載力降低，跨高比小于2.5的連梁抗剪承載力更低。與延性框架類似，應(yīng)當(dāng)使延性聯(lián)肢剪力墻的連梁上首先出現(xiàn)塑性鉸吸收能量，從而避免墻肢的嚴(yán)重破壞——即強(qiáng)墻弱梁。作為超靜定結(jié)構(gòu)的聯(lián)肢剪力墻，如能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)墻弱梁，則比懸臂剪力墻具有更好的抗震性能?！皬?qiáng)墻弱梁”的聯(lián)肢剪力墻要求首先要保證墻肢不過早出現(xiàn)脆性的剪切破壞，即設(shè)計(jì)延性的墻肢；其次應(yīng)使連梁屈服早于墻肢屈服；同時(shí)盡可能避免連梁中過早出現(xiàn)脆性的剪切破壞，即要設(shè)計(jì)延性的連梁。7.3.3連梁的設(shè)計(jì)原則7.3.4連梁內(nèi)力設(shè)計(jì)值1.彎矩設(shè)計(jì)值：

彎矩調(diào)幅——保證連梁受彎屈服(在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開裂(剛度降低)、而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上)。方法1：折減連梁剛度。方法2：將彎矩組合值折減。①連梁剛度折減法——將連梁彈性剛度乘以折減系數(shù)以后再進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算。8、9度時(shí)：折減系數(shù)不小于0.5；6、7度時(shí)不小于0.7。②連梁彎矩和剪力調(diào)幅法——在內(nèi)力和位移計(jì)算(剛度沒折減)以后，將連梁彎矩組合值乘以折減系數(shù)。8、9度時(shí)：折減系數(shù)不小于0.5；6、7度時(shí)不小于0.8。內(nèi)力計(jì)算時(shí)已經(jīng)降低了剛度的連梁，其彎矩值不宜再調(diào)幅。當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值以后，其余部位的連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)地提高(pp233)(圖7-11)。無論用什么方法，連梁調(diào)幅后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于使用狀況下的值，也不宜低于設(shè)防烈度低一度的地震作用組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁上出現(xiàn)裂縫。2.剪力設(shè)計(jì)值——一、二、三級(jí)剪力墻的連梁9度、一級(jí)抗震時(shí)應(yīng)符合以下要求：按“強(qiáng)剪弱彎”要求，將由彎矩產(chǎn)生的剪力放大vb倍。式中：vb

——梁剪力增大系數(shù)。一、二、三級(jí)抗震時(shí)，vb分別為1.3、1.2、1.1。超限高層建筑的特一級(jí)，按一級(jí)再增大20％。7.3.5連梁承載力驗(yàn)算1.受彎承載力驗(yàn)算(按對(duì)稱配筋)(1)無地震作用組合時(shí):(2)有地震作用組合時(shí):2.受剪承載力驗(yàn)算(1)無地震作用組合時(shí):Vb≤0.7ftbh0+fyvAsvh0/s(2)有地震作用組合時(shí):跨高比＞2.5：REVb≤0.42ftbh0+fyvAsvh0/s跨高比≤2.5：REVb≤0.38ftbh0+0.9fyvAsvh0/s7.3.6連梁構(gòu)造要求1.最小截面尺寸(pp234)

(1)無地震作用組合時(shí)：Vb≤0.25cfcbbhb0(2)有地震作用組合時(shí)：跨高比＞2.5：REVb≤0.2cfcbbhb0跨高比≤2.5：REVb≤0.15cfcbbhb02、縱向鋼筋配筋率跨高比≤1.5：非抗震min=0.2%；抗震設(shè)計(jì)的min見(pp235)表7-7。跨高比＞1.5：其min按框架梁的規(guī)定取用。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，連梁底面及頂面單側(cè)max=2.5%；抗震設(shè)計(jì)的單側(cè)max見(pp235)表7-8。2.連梁配筋構(gòu)造1連梁頂面、底面縱筋伸入墻內(nèi)的錨固長