受壓構(gòu)件剖析課件

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院第七章鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計(jì)§7.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念一、剪力墻結(jié)構(gòu)特性1.剪力墻剛度大，風(fēng)或小震作用下的變形小，容易滿足層間位移角限值和風(fēng)作用下的舒適度的要求；2.承載力大；3.合理設(shè)計(jì)時(shí)，具有良好的延性和耗能能力，抗地震倒塌能力強(qiáng)；4.在框-剪結(jié)構(gòu)中，是第一道抗震防線，其抗震措施的要求比相同抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)慕档?。二、剪力墻類?.實(shí)體墻（圖（a))2.聯(lián)肢墻（圖（b))3.框支墻（圖（c))4.有邊框墻（圖（d))5.井筒（圖（e))圖7-1剪力墻類型§7.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念§7.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念三、剪力墻構(gòu)件組成剪力墻構(gòu)件組成墻肢在豎向和水平荷載作用下,墻肢內(nèi)力有彎矩、軸力（拉、壓）、剪力。應(yīng)進(jìn)行平面內(nèi)偏心受拉或偏心受拉承載力驗(yàn)算和斜截面承載力驗(yàn)算。連梁內(nèi)力主要是彎矩、和剪力。應(yīng)進(jìn)行受彎承載力驗(yàn)算和斜截面承載力驗(yàn)算?！?.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念四、延性剪力墻實(shí)現(xiàn)1、強(qiáng)墻弱梁連梁塑性鉸先于墻肢出現(xiàn)，利用連梁的塑性變形耗散地震能。（1）合理設(shè)置洞口，使剪力墻由墻肢、連梁構(gòu)成，形成多道抗震設(shè)防；（2）合理設(shè)計(jì)連梁?！?.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念2、強(qiáng)剪弱彎

地震力一般會(huì)使墻肢底部形成塑性鉸，應(yīng)提高其抗剪承載力，避免剪切破壞。（1）連梁：增大與彎矩設(shè)計(jì)值所對(duì)應(yīng)的彎矩；（2）剪力墻：增大底部加強(qiáng)部位截面組合截面的剪力計(jì)算值等方法?！?.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念3、限值軸壓比和墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件（1）限制墻肢軸壓比—底部；（2）合理設(shè)置邊緣構(gòu)件—邊柱。二者是保證剪力墻抗震性能的重要措施。4、設(shè)置底部加強(qiáng)部位規(guī)定：

（1）有地下室房屋建筑，底部加強(qiáng)部位的高度從地下室頂板算起；

（2）部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻，取框支層加框支層以上兩層的高度及落地剪力墻總高度的1/10二者較大值。4、設(shè)置底部加強(qiáng)部位規(guī)定：（3）房屋高度大于24m時(shí)，底部加強(qiáng)部位的高度取底部2層和墻體總高度的1/10二者較大者；

（4）房屋高度小于24m時(shí)，底部加強(qiáng)部位取地部一層；

（5）當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固端位于地下一層的底板或以下時(shí)，底部加強(qiáng)部位向下延伸到計(jì)算嵌固端?！?.1

延性剪力墻的抗震設(shè)計(jì)概念5、連梁特殊措施§7.2

墻肢設(shè)計(jì)一、墻肢破壞形態(tài)（a）彎曲破壞（b）彎剪破壞（c）剪切破壞（d）滑移破壞圖7-2實(shí)體墻破壞形態(tài)墻肢的破壞形態(tài)有：彎曲破壞、彎剪破壞、剪切破壞和滑移破壞?！?.2

墻肢設(shè)計(jì)二、內(nèi)力設(shè)計(jì)值1.剪力墻內(nèi)力設(shè)計(jì)值：取控制截面最不利組合內(nèi)力或?qū)ζ湔{(diào)整后的內(nèi)力。2.控制截面：一般取墻肢底截面以及改變墻厚、改變混凝土等級(jí)、改變配筋量的截面。3.一級(jí)抗震：需使塑性鉸出現(xiàn)在剪力墻底部，故其彎矩設(shè)計(jì)取法為：底部加強(qiáng)部位以及以上一層，采用墻肢底部截面組合的彎矩計(jì)算值；其他部位，取墻肢截面最不利組合的彎矩計(jì)算值乘以增大系數(shù)1.2作為彎矩設(shè)計(jì)值。4.其他抗震等級(jí)：直接采用墻肢截面最不利內(nèi)力組合的彎矩設(shè)計(jì)

值。§7.2

墻肢設(shè)計(jì)三、墻肢小偏心受拉控制1.部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)落地剪力墻，不應(yīng)出現(xiàn)小偏心受拉的墻肢；2.雙肢剪力墻不宜出現(xiàn)小偏心受拉；當(dāng)其中一個(gè)墻肢出現(xiàn)小偏心受拉時(shí)，另一墻肢的剪力設(shè)計(jì)值、彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。工程設(shè)計(jì)中，可以調(diào)整剪力墻長度或連梁尺寸避免出現(xiàn)小偏心受拉墻肢。

墻肢的長度，一般不宜大于8m；

減小連梁高度也可以減小墻肢軸力。§7.2

墻肢設(shè)計(jì)四、墻肢截面的剪力組合值調(diào)整強(qiáng)剪弱彎：為實(shí)現(xiàn)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，墻肢剪力計(jì)算值需要調(diào)整：9級(jí)的一級(jí)可不按上式調(diào)整，應(yīng)符合下式要求：底部加強(qiáng)部位墻肢截面組合的剪力設(shè)計(jì)值墻肢放大系數(shù)抗震受彎承載力墻肢底部最不利組合彎矩計(jì)算值§7.2

墻肢設(shè)計(jì)7.2.2墻肢偏心受壓承載力計(jì)算在軸力和彎矩作用下墻肢的承載力計(jì)算類似于柱。破壞形態(tài)與設(shè)計(jì)方法同柱子，區(qū)別僅在于配筋方式不同。剪力墻配筋有：⑴端部縱筋；⑵水平分布筋；⑶豎向分布筋。驗(yàn)算壓彎承載力時(shí)不考慮受壓豎向分布筋的作用，僅考慮其受拉的作用。§7.2

墻肢設(shè)計(jì)2、大偏壓墻肢正截面設(shè)計(jì)

對(duì)稱配筋，由力、力矩（對(duì)混凝土合力點(diǎn)取矩）的平衡：2023/7/2416§3.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算忽略x的二次項(xiàng)，整理：設(shè)計(jì)分析：兩個(gè)方程、三個(gè)未知量（非對(duì)稱配筋時(shí)會(huì)有四個(gè)未知量），設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)構(gòu)造要求確定豎向分布筋，然后計(jì)算端部縱筋面積。公式適用條件：§3.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算3、小偏壓墻肢正截面設(shè)計(jì)

截面大部分或全部受壓，受拉鋼筋一般達(dá)不到屈服，豎向分布筋的作用不再考慮。破壞形式同小偏壓柱?！?.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算基本公式為：§3.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算對(duì)稱配筋非對(duì)稱配筋，給定As,然后按7-10和式7-9b求解和。如，為全截面受壓?！?.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算基本公式為：3.1.4計(jì)算受壓構(gòu)件承載力的統(tǒng)一公式1.計(jì)算受壓構(gòu)件承載力的統(tǒng)一公式：即可以表達(dá)為：

§3.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算

：荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的軸向力：影響系數(shù)，由表3.1-3.3查出。由公式可知，越大，構(gòu)件的承載力越大。：砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,由表2.3-2.7查出：截面面積

2.公式適用范圍：

矩形截面構(gòu)件，當(dāng)軸向力偏心方向的截面邊長大于另一方向的邊長時(shí)，除按偏心受壓計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)較小邊長方向按軸心受壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算。3.偏心距較大時(shí)的處理辦法當(dāng)時(shí)，可采取以下措施：

（1）增大截面尺寸，使y值增大。（2）在梁端或屋架端部支承處設(shè)置帶中心裝置的墊塊或帶缺口的墊塊，以減小偏心距。（3）采用組合磚砌體構(gòu)件，提高構(gòu)件的承載力。

§3.1

受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算

截面重心到軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離§課堂練習(xí)例3.1一軸心受壓磚柱，截面尺寸為370mmX490mm，采用MU10燒結(jié)普通磚及M2.5混合砂漿砌筑，荷載引起的柱頂軸向壓力設(shè)計(jì)值為N=155kN，柱的計(jì)算高度為H0=4.2m。試驗(yàn)算該柱的承載力是否滿足要求。解：考慮磚柱自重后，柱底截面的軸心壓力最大，取磚砌體重力密度為19kN/m3，則磚柱自重為柱底截面上的軸向力設(shè)計(jì)值磚柱高厚比查附表，項(xiàng)，得2023/7/2424因?yàn)?，砌體設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)查附表，MU10燒結(jié)普通磚，M2.5混合砂漿砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值該柱承載力不滿足要求?！煺n堂練習(xí)2023/7/2425

當(dāng)軸向壓力僅作用于砌體的部分截面上時(shí)，稱為局部受壓。3.2.1局部受壓的分類和破壞形態(tài)

1.局部受壓的分類

構(gòu)件受壓局部受壓§3.2

局部受壓承載力計(jì)算局部受壓局部均勻受壓局部非均勻受壓局部受壓面上壓應(yīng)力分布情況26?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算（1）局部均勻受壓：砌體在局部受壓面積上的壓應(yīng)力均勻分布。實(shí)例：支撐墻或柱的基礎(chǔ)頂面的受壓，洞口過梁，墻梁下砌體局部受壓。（2）局部非均勻受壓：砌體在局部受壓面積上的壓應(yīng)力分布不均勻。

實(shí)例：梁端和屋架端部支撐處的砌體受壓。2.局部受壓的破壞形態(tài)

§3.2

局部受壓承載力計(jì)算（a)由于豎向裂縫發(fā)展引起的破壞（b)劈裂破壞（c)局部受壓面積上的砌體被壓碎局部受壓壓應(yīng)力圖§3.2

局部受壓承載力計(jì)算（1）因縱向裂縫發(fā)展而引起的破壞當(dāng)A0/Al不大時(shí)，在局部壓力作用下，當(dāng)橫向拉應(yīng)力出現(xiàn)達(dá)到砌體抗拉強(qiáng)度時(shí)，第一批縱向裂縫發(fā)生在1～2皮磚以下的砌體內(nèi)（最大橫向拉應(yīng)力位置），隨荷載的增加，裂縫向上下發(fā)展，同時(shí)出其他縱向裂縫和斜裂縫，最后砌體被壓碎，破壞時(shí)形成一條主裂縫。

§3.2

局部受壓承載力計(jì)算（2）劈裂破壞當(dāng)A0/Al較大時(shí)，隨著壓力到一定數(shù)值，砌體沿縱向發(fā)生突然的脆性劈裂破壞。破壞時(shí)，縱向裂縫往往僅有一條，猶如刀劈，而且開裂荷載幾乎等于破壞荷載，破壞突然而無先兆。

§3.2

局部受壓承載力計(jì)算當(dāng)砌體強(qiáng)度較低或局部壓面積Al很小時(shí)，在荷載作用下，局壓面積下壓應(yīng)力很大，破壞時(shí)構(gòu)件側(cè)面無縱向裂縫，而是Al面積內(nèi)的砌體壓碎而引起砌體破壞。

（3）局部壓碎§3.2

局部受壓承載力計(jì)算3.2.2.局部受壓時(shí)的砌體強(qiáng)度局部受壓時(shí)的砌體強(qiáng)度高于砌體全截面受壓時(shí)的強(qiáng)度。其提高值與局部受壓的位置及有關(guān)。

1.強(qiáng)度提高的原因

(1)套箍強(qiáng)化作用

未直接承受壓力的外圍砌體

對(duì)直接受的的砌體橫向變形具有

約束作用，使受壓部分砌體處于

三向受壓狀態(tài)，形如套箍。

(2)應(yīng)力擴(kuò)散作用砌體局部受壓時(shí)，力向未直接受壓的砌體內(nèi)擴(kuò)散，因而使單位面積上作用的壓應(yīng)力迅速變小。局部壓應(yīng)力在破壞截面處的分布要比受壓接觸處面積要大，因而局部抗壓強(qiáng)度得到提高。

2.局部抗壓強(qiáng)度的提高系數(shù)

局部受壓時(shí)的砌體抗壓強(qiáng)度記為,f為砌體全截面的抗壓強(qiáng)度值。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果：

局部受壓面積；影響局部抗壓強(qiáng)度的計(jì)算面積?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2433

影響局部抗壓強(qiáng)度的計(jì)算面積

其中按“厚度延長”原則取值，即從局部受壓邊緣延長墻厚或柱的短邊。中部受壓邊部受壓§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2434角部受壓端部受壓

對(duì)多孔磚砌體，以及未設(shè)圈梁或混凝土墊塊的梁、屋架、挑梁、樓板支承面下的灌孔混凝土砌塊砌體，有孔的混凝土砌塊砌體，取§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/24353.2.3局部受壓承載力計(jì)算

砌體局部受壓承載力計(jì)算同樣以驗(yàn)算的形式出現(xiàn)。

1.局部均勻受壓

或

式中，Nl

—局部受壓面積上的軸向力設(shè)計(jì)值；

γ—砌體局部抗壓強(qiáng)度的提高系數(shù)，此時(shí)不需考慮；

f—砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Al—局部受壓面積，mm2，Al=ab。§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2436

例3.5截面為240mm寬的鋼筋混凝土過梁，支承在240mm厚磚墻上，支承長度為150mm。磚墻采用MU10燒結(jié)普通磚、M2.5混合砂漿砌筑(f=1.30Mpa)；過梁傳至墻上的支承壓力設(shè)計(jì)值為4.5kN。驗(yàn)算過梁支承處磚墻的局部受壓是否滿足要求？解：過梁端部下砌體按局部均勻受壓考慮：

Al=150×240=36000mm2

A0=(150+240)×240=93600mm2

則有取γ=1.25，則故滿足要求

§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/24372.局部非均勻受壓

（1）梁端支撐處砌體局部受壓

①梁端有效支承長度a0

無墊塊梁端支承處砌體的局部受壓梁端有效支承長度a0

---梁的截面高度（mm）

---砌體的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值則梁端下砌體局部受壓面積，b為梁截面寬度。Nla0§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2438②作用在局部受壓面積上的壓力梁端底部砌體承受的荷載由兩部分組成：梁傳來的局部壓力Nl；上部砌體傳來的壓應(yīng)力

傳遞的內(nèi)拱作用內(nèi)拱作用對(duì)砌體局壓有利。傳到梁下支承面的應(yīng)力可表達(dá)為：

式中---上部荷載的折減系數(shù)，當(dāng)時(shí)，取=0§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2439③非均勻局部受壓計(jì)算

從以上分析可知，作用于砌體局部受壓面積上的平均壓應(yīng)力是，但是壓應(yīng)力分布是不均勻的，其最大的壓應(yīng)力值可表達(dá)為：

---梁端底面壓應(yīng)力圖形的完整系數(shù)，一般取0.7(過梁和墻梁可假定壓應(yīng)力均勻分布,取1.0)

則梁端支承處砌體的局部受壓承載力表達(dá)式為:(3.21)§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2440例3.6某鋼筋混凝土梁截面尺寸=200mm×450mm，支承在240mm厚的窗間墻上，支承長度a=240mm,窗間墻截面尺寸為240mm×1240mm，采用MU10燒結(jié)普通磚、M2.5混合砂漿砌筑(f=1.3MPa)，梁端支承反力設(shè)計(jì)值NL=50kN,上部荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的軸力為145kN。試驗(yàn)算梁端支承處砌體的局部受壓承載力是否滿足要求。解：（1）梁端有效支承長度

（2）幾何特征

2023/7/2441（3）求相關(guān)系數(shù)（4）由驗(yàn)算公式

故滿足要求2023/7/2442

(2)梁端下設(shè)置剛性墊塊剛性墊塊：墊塊高度較大、彎曲變形和剪切變形可忽略不計(jì)的墊塊。墊塊可分為兩種：一是預(yù)制剛性墊塊；另一種是與梁端現(xiàn)澆成整體的剛性墊塊?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算①剛性墊塊的構(gòu)造

高度tb不宜小于180mm，寬度不宜大于，即自梁邊算起的墊塊挑出長度不宜大于墊塊高度；在帶壁柱墻的壁柱內(nèi)設(shè)置剛性墊塊時(shí)，其計(jì)算面積應(yīng)取壁柱范圍內(nèi)的面積，而不應(yīng)計(jì)算翼緣部分，同時(shí)壁柱上墊塊伸入翼墻內(nèi)的長度不應(yīng)小于120mm；當(dāng)現(xiàn)澆墊塊與梁端整體澆筑時(shí)，墊塊可在梁高范圍內(nèi)設(shè)置（墊塊底面與梁底面平齊）?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2445剛性墊塊下砌體局部受壓的計(jì)算可按以墊塊面積為受力面積的受壓短柱進(jìn)行計(jì)算，并可考慮墊塊以外的砌體對(duì)砌體局部受壓的有利影響。

第一步：確定作用在受壓短柱上的軸向力和作用位置

軸向力包括兩部分：一是梁端支承壓力設(shè)計(jì)值Nl，二是上部軸向力設(shè)計(jì)值N0

。其中：,上部平均壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值；為剛性墊塊面積，，為墊塊伸入墻內(nèi)方向的長度，為墊塊的寬度。作用在墊塊截面的形心位置(軸心壓力)?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2446

由梁端傳下的支承壓力設(shè)計(jì)值Nl的作用點(diǎn)位置可取為0.4a0，設(shè)有剛性墊塊時(shí)的梁端有效支承長度a0應(yīng)按下式確定：

式中---剛性墊塊的影響系數(shù)，按表3.4采用。

第二步，求墊塊外的砌體面積的有利影響系數(shù)

由于墊塊外砌體對(duì)砌塊范圍內(nèi)砌體的約束作用和應(yīng)力擴(kuò)散作用，可取，且，其中

第三步，求剛性墊塊下的砌體局部受壓承載力

在N0和Nl作用下，以墊塊面積Ab為受力面積的砌體受壓短柱()，其受壓承載力參照受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算公式，有

§3.2

局部受壓承載力計(jì)算2023/7/2447

例3.7某窗間墻截面尺寸為240mm×1600mm，采用MU15燒結(jié)普通磚、M7.5混合砂漿砌筑(f=2.07MPa)；墻上支承有250mm寬、700mm高的鋼筋混凝土梁。梁上荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的支承壓力設(shè)計(jì)值Nl=205kN,上部荷載值在窗間墻上的軸向力設(shè)計(jì)值N0=290kN。試驗(yàn)算梁端支承處砌體局部受壓承載力。解：(1)假定梁直接支承在墻上，a=240mm。

①有效支承長度a0及局部受壓面積Al，影響面積A02023/7/2448②求

③驗(yàn)算不滿足要求。

2023/7/2449(2)梁下設(shè)置預(yù)制剛性墊塊，取則①②2023/7/2450③由表3.4，剛性墊塊的影響系數(shù)為④求值2023/7/2451⑤驗(yàn)算由式(3.23b)仍不滿足要求。(3)調(diào)整剛性墊塊尺寸，取tb=450mm,ab=240mm,bb=1100mm(<250+2×450=1150mm),此時(shí)采用現(xiàn)澆墊塊較為適宜：墊塊與梁一并澆筑，其底面標(biāo)高與梁的底面標(biāo)高一致。則有①2023/7/2452②③④由式(3.23b)計(jì)算式bb、hb——分別為墊梁在墻厚方向的寬度和墊梁的高度（mm）；δ2——當(dāng)荷載沿墻厚方向均勻分布時(shí)，δ2取1.0，不均勻分布時(shí)δ2可取0.5；

h0——墊梁的折算高度(mm)；

Eb、Ib——分別為墊梁的混凝土彈性模量和截面慣性矩；

E——砌體的彈性模量；

H——墻厚(mm)?！?.2

局部受壓承載力計(jì)算（3）梁下設(shè)有長度大于πh0的墊梁§3.3

受拉、受彎和受剪承載力計(jì)算3.3.1軸心受拉構(gòu)件

無筋砌體軸心受拉構(gòu)件承載力應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：Nt——軸心拉力設(shè)計(jì)值；

ft——砌體軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按表2.8采用；

A——受拉截面面積。3.3.2受彎構(gòu)件對(duì)受彎構(gòu)件要進(jìn)行抗彎、抗剪計(jì)算。

（1）無筋砌體受彎構(gòu)件的承載力應(yīng)按下式計(jì)算

（2）無筋砌體受彎構(gòu)件的受剪承載力應(yīng)按下式計(jì)算V——剪力設(shè)計(jì)值；

fv——砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按表2.8采用；

b——受拉截面面積；

z——內(nèi)力臂，z=I/A，對(duì)于矩形截面，

z=2/3h；

§3.3

受拉、受彎和受剪承載力計(jì)