第7章 钢筋混凝土剪力墙设计 7.1 概述 剪力墙侧向刚度大 、承载能力大、是结构体系中的主要的抗侧力结构单元。 实体墙: 整体墙

Presentation on theme: "第7章 钢筋混凝土剪力墙设计 7.1 概述 剪力墙侧向刚度大 、承载能力大、是结构体系中的主要的抗侧力结构单元。 实体墙: 整体墙"— Presentation transcript:

1

2 第7章 钢筋混凝土剪力墙设计 7.1 概述 剪力墙侧向刚度大 、承载能力大、是结构体系中的主要的抗侧力结构单元。 实体墙: 整体墙
实体墙: 整体墙 基本构件 墙肢 开洞墙 连梁 墙肢内力：轴力、弯矩、剪力 连梁内力：弯矩、剪力 剪力墙应具有必要的延性，满足抗震设计要求。

3 剪力墙 容易满足风/小震下 抗侧刚度大 层间位移角限值。 容易满足风作用下 舒适度要求 。 承载力大（竖向）。
抗侧刚度大 层间位移角限值。 容易满足风作用下 舒适度要求 。 承载力大（竖向）。 剪力墙 合理设计的剪力墙具有良好的延性 和耗能力。 与框架一起抗侧力时，可降低框架 的抗震要求。

4 实现延性剪力墙的抗震设计原则 强墙弱梁 强剪弱弯 限制墙肢轴压比n和设置边缘构件。 加强重点部位 连梁特殊措施
1） 强墙弱梁：连梁 屈服先于墙肢屈服，使塑性变形和耗能分散于连梁。 2 ）强剪弱弯：适当提高塑性铰范围内抗剪承载力，避免墙肢剪切破坏。 强墙弱梁 强剪弱弯 限制墙肢轴压比n和设置边缘构件。 加强重点部位 连梁特殊措施

5 3 ）限制墙肢轴压比n和设置边缘构件。 n是影响墙肢抗震性能的主要因素之一。 4 ）加强重点部位
抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10和底部两层二者的较大值，底部加强部位的高度，应从地下室顶板算起; 当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。

6 连梁一般l/h小，延性小，同时又是第一道防线，采取特殊措施提高连梁的延性。
5） 连梁特殊措施 连梁一般l/h小，延性小，同时又是第一道防线，采取特殊措施提高连梁的延性。 跨高比小于5 的连梁应按连梁的有关规定设计，跨高比不小于5 的连梁宜按框架梁设计。 两端与剪力墙在平面内相连的梁为连梁。如果连梁弯矩以水平荷载作用下产生的弯矩为主、竖向荷载下的弯矩对连梁影响不大（荷载组合后两端弯矩仍然反号），则应按连梁有关规定进行设计，一般情况是跨度较小的连梁；反之，跨度较大的连梁，或一端与柱相连的梁，竖向荷载产生的弯矩影响较大，则宜按框架梁进行设计，其抗震等级按剪力墙抗震等级采用。

7 7.2 墙肢设计 7.2.1实体墙墙肢破坏形态 弯曲破坏 、 弯剪破坏、 剪切破坏和滑移破坏 弯曲破坏 弯剪破坏 剪切破坏 滑移破坏
主要破坏形式有： 弯曲破坏 、 弯剪破坏、 剪切破坏和滑移破坏 弯曲破坏 弯剪破坏 剪切破坏 滑移破坏

8 7.2.2 内力设计值 控制截面：墙底、变截面处、砼强度等级改变处、截面配筋量变化处。 弯矩设计值：
1 .一级剪力墙的底部加强部位以上部位，墙肢的组合弯矩设计值和组合剪力设计值应乘以增大系数，弯矩增大系数可取为1.2，剪力增大系数可取为1.3。 ——为了更有把握实现塑性铰出现在底部加强部位，保证其他部位不出塑性铰。

9 2. 抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉；
当任一墙肢出现大偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1.25。

10 剪力设计值的确定 剪力墙底部加强部位墙肢截面的剪力设计值，一、二、三级抗震等级时应按下式调整，二、三级的其它部位和四级以及无地震作用组合时可不调整。 式中 V——底部加强部位剪力墙截面的剪力设计值 ； Vw——底部加强部位剪力墙截面考虑地震作用组合的剪力计算值 ； ηvw——剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.20。

11 ⒉ 9度一级剪力墙的底部加强部位应按下式调整
式中 ——考虑承载力抗震调整系数后的剪力墙墙肢正截面抗弯承载力，应按实际配筋面积、材料强度标准值和组合的轴向力设计值确定，有翼墙时应考虑墙两侧各一倍翼墙厚度范围内的纵向钢筋； ——底部加强部位剪力墙底截面弯矩的组合计算值。

12 7.2.3 墙肢偏心受压承载力计算 端部配筋:参与抗弯计算 水平分布筋：参与抗剪计算 墙身配筋 受拉区： 一定范围内 全部充分参与抗弯。
墙肢偏心受压承载力计算 端部配筋:参与抗弯计算 水平分布筋：参与抗剪计算 墙身配筋 受拉区： 一定范围内 全部充分参与抗弯。 纵向分布筋 受压区：不参与抗弯 计算（较细）。

13 大偏压承载力计算 1 计算假定 (2) 不考虑受拉混凝土的作用； (3) 等效矩形应力图形； (4) 墙肢端部纵向钢筋屈服；
(1) 平截面假定； (2) 不考虑受拉混凝土的作用； (3) 等效矩形应力图形； (4) 墙肢端部纵向钢筋屈服； (5) 从受压区边缘算起1.5x (x为等效矩形应力图受压区高度) 范围外受拉分布钢筋全部屈服,并参与计算。

14 剪力墙大偏压承载力计算

15 2 对称配筋: 由ΣN=0, 得受压区 高度x 对受压区中心取矩,由ΣM=0,得：

16 忽略x2项，化简后，得： Msw M0 3.不对称配筋： 先给定竖向分布钢筋Asw,并给出一端的端部钢筋的
面积As或As’.由ΣN=0,得：

17 当已知受压钢筋面积时，对受拉钢筋重心取矩，得：
当已知受拉钢筋面积时，对受压钢筋重心取矩，得： 当已知受压钢筋面积时，对受拉钢筋重心取矩，得： 要求x≥2a’,否则按x=2a’计算

18 小偏压承载力计算 计算中不考虑竖向分布钢筋的作用，则：承载力计算方法与小偏压柱相同。

19 7.2.6 墙肢构造要求 混凝土强度等级； 最小截面尺寸； 分布钢筋； 轴压比； 边缘构件； 钢筋的连接与锚固。 主要表现在

20 1）混凝土强度等级 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的剪力墙结构的混凝土强度等级不宜低于C30。

21 2）最小截面尺寸： 墙肢的截面尺寸，应满足承载力的要求、最小截面尺寸和剪压比限值的要求。 限制墙肢最小截面尺寸的目的：
保证剪力墙在轴力和侧向力作用下平面外稳定， 防止平面外失稳破坏； 保证剪力墙混凝土的浇筑质量。

22 最小截面尺寸限值： 1 应符合高规附录D 的墙体稳定验算要求；
2 一、二级剪力墙，底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于160mm；无端柱或翼墙的一字形独立剪力墙，底部加强部位不应小于220mm，其他部位不应小于180mm； 墙厚应符合稳定要求、并满足最小墙厚要求。为简化设计，可按设计经验及上款初步选定剪力墙的厚度，也可参考原规程规定进行初选：剪力墙底部加强部位可选层高或无支长度二者较小值的1/20，其他部位为层高或剪力墙无支长度二者较小值的1/25，无端柱或无翼墙的一字形独立剪力墙底部加强部位截面厚度为层高的1/16，其他部位为层高的1/20。

23 3 三、四级剪力墙的截面厚度，不应小于160mm；无端柱或无翼墙的一字形独立剪力墙，底部加强部位截面厚度不应小于180mm；

24 3)分布钢筋 高层建筑剪力墙中分布钢筋的作用： 抗剪——横向分布钢筋 抗弯——竖向分布钢筋 减少收缩裂缝——横向、竖向分布钢筋
限制裂缝的展开宽度 减少温度应力的影响

25 4）轴压比 轴压比是影响墙肢抗震性能的主要因素之一，轴压比大于一定值后，墙肢延性很小或没有延性。 墙肢轴压比的计算：
轴向压力设计值N取重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值。计算轴压力设计值时，不计入地震组合，但应取分项系数1.2。 验算部位：一般只验算墙肢底部截面的轴压比；底部加强部位的墙肢厚度或混凝土强度等级变化时，应验算变化截面的轴压比。

26 1 .抗震设计时，一、二、三级抗震等级的剪力墙，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过下表的限值。
剪力墙轴压比限值 轴压比 一级(9度) 一级 (6、7、8度) 二、三级 0.4 0.5 0.6 2 .抗震设计时，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0.45、0.5和0.55；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1；

27 边缘构件概念 为了提高剪力墙端部混凝土极限压应变、改善剪力墙的延性而在剪力墙端部设置满足一定要求的构件（端柱、暗柱、L型翼墙或T型翼墙等），边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件。

28 1.作用：由于边缘构件能提高剪力墙端部的极限压应变，在同样相对受压区高度的情况下能使墙肢延性增强。
5）边缘构件 1.作用：由于边缘构件能提高剪力墙端部的极限压应变，在同样相对受压区高度的情况下能使墙肢延性增强。 2 .分类：约束边缘构件和构造边缘构件。 3.设置部位：剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件。

29 除上 款所列部位外，剪力墙应设置构造边缘构件；
一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于下表的规定值时底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件； 等级或烈度 一级(9度) 一级(6~8度） 二、三级 轴压比 0.1 0.2 0.3 除上 款所列部位外，剪力墙应设置构造边缘构件；

30 4 剪力墙约束边缘构件的设计要求 (1)约束边缘构件沿墙肢方向的长度lc和箍筋配箍特征值λv宜符合表7-5的要求，箍筋的配筋范围如图7-8中的阴影面积所示，其体积配箍率ρv应按下式计算： 式中 λv—约束边缘构件配箍特征值；可计入箍筋、拉筋及符合构造要求的水平分布钢筋，计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%； fc—混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土强度等级低于C35时，应按C35等级取值； fyv—箍筋或拉筋的抗拉强度设计值。

31 钢筋体积配箍率的计算公式 式中：ln—不计重叠部分的箍筋长度； Asv—一根箍筋的截面面积； bc、hc—矩形截面柱的宽度、 高度；

32 无端部构件 端部双侧翼缘

33 端部有单柱 端部单侧翼缘

34 5 剪力墙构造边缘构件的设计宜符合下列要求：
(1) 构造边缘构件的范围和计算纵向钢筋用量的截面面积Ac宜取下图中的阴影部分； (2) 竖向配筋应满足正截面受压（拉）承载力要求；

35 (3) 抗震设计时，构造边缘构件的最小配筋应符合下表的规定，箍筋、拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300mm，不应大于纵向钢筋间距的2倍。当端柱承受集中荷载时，其竖向钢筋及箍筋直径和间距应满足框架柱的相应要求；

36 注：1、Ac为构造边缘构件的截面面积； 2、符号φ表示钢筋直径； 3、其它部位的转角处宜采用箍筋。 剪力墙构造边缘构件的配筋要求
底部加强部位 其他部位 抗震等级 纵向钢筋最小量(取较大值) 箍筋 箍筋或拉筋 最小直径(mm) 最大间距(mm) 一级 0.010Ac，6φ16 8 100 0.008 Ac，6φ14 150 二级 0.006Ac，6φ14 0.006 Ac，6φ12 200 三级 0.006Ac，6φ12 6 0.004 Ac，4φ12 四级 0.005 Ac，4φ12 250 注：1、Ac为构造边缘构件的截面面积； 2、符号φ表示钢筋直径； 3、其它部位的转角处宜采用箍筋。

37 6)钢筋锚固和连接 剪力墙钢筋锚固和连接应符合下列要求：
1 非抗震设计时，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取la；抗震设计时，剪力墙纵向钢筋最小锚固长度应取laE； 2 暗柱及端柱内纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同。

38 3 剪力墙竖向及水平分布钢筋的搭接连接（下图），一级、二级抗震等级剪力墙的加强部位，接头位置应错开，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500mm；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；

39 7.3 连 梁 设 计 特点：跨高比小，易出现剪切裂缝。 要求：连梁屈服先于墙肢屈服，避免剪切破坏
对墙肢间的梁、墙肢和框架柱相连的梁，当梁跨高比小于5时应按连梁设计 特点：跨高比小，易出现剪切裂缝。 要求：连梁屈服先于墙肢屈服，避免剪切破坏 方法：降低连梁弯矩设计值，对延性要求高的连梁，采取特殊措施，如配置交叉斜筋或交叉暗撑。

40 7.3.1连梁的内力设计值 弯矩设计值：为使连梁实现强剪弱弯，降低 连梁弯矩设计值。 方法1
在内力计算前就将连梁刚度进行折减。设防烈度为6、7度时，折减系数不小于0.7；8、9度时折减系数不小于0.5。对降低了刚度的连梁，其调 幅范围应当限制或不再继续调幅。

41 方法2 ：在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。设防烈度为6、7度时，折减系数不小于0.8；8、9度时折减系数不小于0.5。
方法2 ：在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。设防烈度为6、7度时，折减系数不小于0.8；8、9度时折减系数不小于0.5。 当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和 墙肢的弯矩设计值应相应提高，以补偿静力平衡。 方法3 ：当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。

42 剪力设计值 连梁的剪力设计值Vb应按下列规定计算： 1 无地震作用组合以及四级抗震等级时，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右式进行调整： 9度时一级剪力墙

43 ——分别为梁左、右端顺时针或反时针方向考虑地震作用组合的弯矩设计值；对一级抗震等级且两端均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零；
——分别为连梁左、右端顺时针或反时针方向实配的受弯承载力所对应的弯矩值，应按实配钢筋面积(计人受压钢筋)和材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算； ln——连梁的净跨。 VGb——在重力荷载代表值(9度时还应包括竖向地震作用标准值)作用下，按简支梁计算的梁端截面剪力设计值； ηvb——连梁剪力增大系数，一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。

44 7.3.2 承载力验算 正截面承载力验算 连梁的抗弯承载力验算与普通的受弯构件相同，连梁一般采用对称配筋(As=As’)，可按双筋截面验算。
承载力验算 正截面承载力验算 连梁的抗弯承载力验算与普通的受弯构件相同，连梁一般采用对称配筋(As=As’)，可按双筋截面验算。 验算公式： 无地震作用组合： 有地震作用组合： 式中： —弯矩设计值 —纵筋面积 （ ）—上下受力钢筋重心之间的距离

45 斜截面承载力验算 短暂、持久设计状况 地震设计状况： 跨高比大于2.5时： 跨高比不大于2.5时：

46 7.3.3 连梁构造要求 最小截面尺寸：剪压比限值 纵筋 配筋要求 箍筋 腰筋 交叉暗撑配筋

47 最小截面尺寸： 短暂、持久设计状况： 地震设计状况： 跨高比大于2.5时： 跨高比不大于2.5时：

48 纵筋配筋要求 跨高比不大于1.5的连梁，非抗震设计时，其纵筋的最小配筋率可取为0.2%；抗震设计时，其纵筋的最小配筋率宜符合下表的要求；跨高比大于1.5的连梁，其纵筋的最小配筋率可按框架梁的要求采用。 跨高比不大于1.5的连梁纵筋最小配筋率（%） 跨高比 最小配筋率（采用较大值） l/hb≤0.5 0.2, 45ft / fy 0.5<l/hb≤1.5 0.25, 55ft / fy

49 剪力墙结构连梁中，非抗震设计时，顶面及底面单侧纵筋的最大配筋率不宜大于2
剪力墙结构连梁中，非抗震设计时，顶面及底面单侧纵筋的最大配筋率不宜大于2.5%；抗震设计时，顶面及底面单侧纵筋的最大配筋率宜符合下表的要求。如不满足，则应按实配钢筋进行连梁强剪弱弯的验算。 连梁纵筋的最大配筋率（%） 跨高比 最大配筋率 l/hb≤1.0 0.6 1.0<l/hb≤2.0 1.2 2.0<l/hb≤2.5 1.5

50 配筋构造要求： 1 锚固长度的要求； 2 箍筋间距和最小直径的要求： 抗震设计：同框架梁加密区的要求 非抗震设计：间距不大于100mm，
1 锚固长度的要求； 2 箍筋间距和最小直径的要求： 抗震设计：同框架梁加密区的要求 非抗震设计：间距不大于100mm， 直径不小于6mm。 3 顶层连梁要求：伸入墙体内的纵 筋应配置箍筋，间距不大于150mm。 4 腰筋的要求：墙体横向分布筋可作为连梁的腰筋；连梁高度 大于700mm时，腰筋直径不小于10mm，间距不大于200mm；跨高比不大于2.5的连梁，腰筋配筋率不小于0.3%。