钢筋混凝土剪力墙设计.pptx

延性剪力墙设计原则延性剪力墙设计原则1.强墙弱梁强墙弱梁2.强剪弱弯（墙肢）强剪弱弯（墙肢）3.限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件4.加强重点部位加强重点部位5.连梁特殊措施连梁特殊措施*重点部位：剪力墙底部加强部位。重点部位：剪力墙底部加强部位。取剪力墙总高度的取剪力墙总高度的1/8和底部两层高度二者中的较大值，且不大于和底部两层高度二者中的较大值，且不大于15m；部分框部分框支剪力墙结构的剪力墙，其底部加强部位的高度，可取框支支剪力墙结构的剪力墙，其底部加强部位的高度，可取框支层以上两层的高度及落地剪力墙总高度的层以上两层的高度及落地剪力墙总高度的1/8二者中的较大值。二者中的较大值。7.2 墙肢设计墙肢设计墙肢的破坏形态：与实体墙相同，有：弯曲破坏、弯剪破墙肢的破坏形态：与实体墙相同，有：弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏。坏、剪切破坏和滑移破坏。7.2.1 内力设计值内力设计值剪力墙内力设计值取控制截面最不利组合内力或对其调整后的剪力墙内力设计值取控制截面最不利组合内力或对其调整后的内力。内力。控制截面：一般取墙肢底截面以及改变墙厚、改变混凝土标号、控制截面：一般取墙肢底截面以及改变墙厚、改变混凝土标号、改变配筋量的截面。改变配筋量的截面。一级抗震一级抗震：需使塑性铰出现在剪力墙底部，故其弯矩设计取法：需使塑性铰出现在剪力墙底部，故其弯矩设计取法为：底部加强部位以及以上一层，采用墙肢底部截面组合的弯为：底部加强部位以及以上一层，采用墙肢底部截面组合的弯矩计算值；其他部位，取墙肢截面最不利组合的弯矩计算值乘矩计算值；其他部位，取墙肢截面最不利组合的弯矩计算值乘以增大系数以增大系数1.2作为弯矩设计值。作为弯矩设计值。其他抗震等级其他抗震等级：直接采用墙肢截面最不利内力组合的弯矩设计：直接采用墙肢截面最不利内力组合的弯矩设计 值。值。不宜采用小偏拉的墙肢不宜采用小偏拉的墙肢：因为小偏拉时墙肢全截面受拉，裂缝：因为小偏拉时墙肢全截面受拉，裂缝贯通整个截面，此时可通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出贯通整个截面，此时可通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏拉。一般宜使墙的长度不超过现小偏拉。一般宜使墙的长度不超过8m。墙肢内力设计值的调整墙肢内力设计值的调整：当双肢墙的一个墙肢为大偏拉时，另：当双肢墙的一个墙肢为大偏拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值应乘以增大系数一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值应乘以增大系数1.25。原因。原因强剪弱弯：为实现墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早强剪弱弯：为实现墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早出现剪切破坏，墙肢剪力计算值需要调整：出现剪切破坏，墙肢剪力计算值需要调整：7.2.2 墙肢偏心受压承载力计算墙肢偏心受压承载力计算在轴力和弯矩作用下墙肢的承载力计算类似于柱，也有在轴力和弯矩作用下墙肢的承载力计算类似于柱，也有区别：多配置有竖向和横向分布钢筋，竖向分布钢筋参与抗弯，区别：多配置有竖向和横向分布钢筋，竖向分布钢筋参与抗弯，横向分布筋抗剪。横向分布筋抗剪。验算压弯承载力时不考虑受压竖向分布筋的作用，仅考验算压弯承载力时不考虑受压竖向分布筋的作用，仅考虑其受拉的作用。虑其受拉的作用。1.大偏压承载力计算大偏压承载力计算大偏压定义（同柱）大偏压定义（同柱）基本假定：基本假定：变形符合平面假定；变形符合平面假定；不考虑受拉混凝土的不考虑受拉混凝土的作用；作用；受压区混凝土的应力图用等效矩形应力图替换；受压区混凝土的应力图用等效矩形应力图替换；端端部钢筋均屈服；部钢筋均屈服；受压区边缘算起受压区边缘算起1.5x1.5x范围内以外的受拉钢筋范围内以外的受拉钢筋全部屈服并参与受力计算，全部屈服并参与受力计算，1.5x1.5x以内的未受拉屈服或为受压，以内的未受拉屈服或为受压，不参与受力。不参与受力。1）对称配筋）对称配筋由由N=0N=0，求，求x:x:对受压区中心取矩，由对受压区中心取矩，由M=0:M=0:化简，忽略化简，忽略x2项项:上式右边两项分别为分布钢筋和端部钢筋提供的抗弯承载力上式右边两项分别为分布钢筋和端部钢筋提供的抗弯承载力:抗弯承载力要求抗弯承载力要求:工程设计时，先给定竖向分布钢筋的截面面积工程设计时，先给定竖向分布钢筋的截面面积Asw,再计算再计算x,x,由式由式7-4a7-4a，求出，求出M Mswsw，然后再求端部钢筋面积，然后再求端部钢筋面积As:As:2）非对称配筋）非对称配筋As As，此时需先给定竖向分布钢筋，此时需先给定竖向分布钢筋ASW，并给定一端，并给定一端的钢筋面积，求另一端钢筋面积，由的钢筋面积，求另一端钢筋面积，由N=0，得，得:当已知的是当已知的是As，对受压钢筋合力点取矩：，对受压钢筋合力点取矩：（7-8a）当已知的是当已知的是As，对受拉钢筋合力点取矩：，对受拉钢筋合力点取矩：（7-8b）截面形状为截面形状为T型或型或I型时，参考相应的柱计算；型时，参考相应的柱计算；混凝土受压区高度应符合混凝土受压区高度应符合x=2a的条件，否则按的条件，否则按x=2a计算。计算。2.小偏压承载力计算小偏压承载力计算小偏压破坏特点：截面大部或全部受压，受压较大一侧混凝土小偏压破坏特点：截面大部或全部受压，受压较大一侧混凝土达到极限压应变而丧失承载力。达到极限压应变而丧失承载力。钢筋受力特点：受压较大一侧端部钢筋及竖向分布筋屈服，但钢筋受力特点：受压较大一侧端部钢筋及竖向分布筋屈服，但计算中不考虑竖向分布筋的作用。而受拉区的竖向钢筋未屈服，计算中不考虑竖向分布筋的作用。而受拉区的竖向钢筋未屈服，计算中也不考虑其作用。计算中也不考虑其作用。则墙肢截面极限应力状态的应力分布与小偏心受压柱完全相同。则墙肢截面极限应力状态的应力分布与小偏心受压柱完全相同。由由N=0 和和M=0：相对受压区高度：相对受压区高度：则由（则由（7-9b）：）：非对称配筋时：非对称配筋时：可先按构造要求给定可先按构造要求给定As，然后求相对受压区高度、，然后求相对受压区高度、As。若算出的若算出的h hw w/h/hw0w0，为全截面受压，此时，取，为全截面受压，此时，取x=hx=h，As可由可由下式计算得到：下式计算得到：7.2.3 墙肢偏心受拉承载力计算墙肢偏心受拉承载力计算墙肢在墙肢在N和和M作用下，当作用下，当M/Nhw/2-a时，为大偏拉，此时时，为大偏拉，此时墙肢截面大部受拉，小部分受压。假定距离受压区边缘墙肢截面大部受拉，小部分受压。假定距离受压区边缘1.5x范围以外的受拉分布钢筋屈服并参与工作：范围以外的受拉分布钢筋屈服并参与工作：矩形截面对称配筋时，受压区矩形截面对称配筋时，受压区x高度为：高度为：与大偏压承载力公式类似，竖向分布钢筋抗弯承载力为：与大偏压承载力公式类似，竖向分布钢筋抗弯承载力为：端部钢筋抗弯承载力为：端部钢筋抗弯承载力为：（7-13）（7-14）（7-15）设计时应先确定分布钢筋面积设计时应先确定分布钢筋面积，由为保证有受压区（，由为保证有受压区（x0）：）：同时需满足最小配筋率要求确定出：同时需满足最小配筋率要求确定出：由（由（7-15）得端部钢筋的面积：）得端部钢筋的面积：抗震设计：计算公式与非抗震设计相同，式子的右边需多抗震设计：计算公式与非抗震设计相同，式子的右边需多除以承载力抗震调整系数除以承载力抗震调整系数RERE，在计算受压区高度，在计算受压区高度x x和计算和计算分布钢筋抵抗矩分布钢筋抵抗矩MswMsw的公式中，的公式中，N N要乘以要乘以RERE。7.2.4 墙肢斜截面受剪承载力计算墙肢斜截面受剪承载力计算1.墙肢斜截面剪切破坏形态墙肢斜截面剪切破坏形态墙肢的斜截面剪切破坏大致可以归纳为三种破坏形态：墙肢的斜截面剪切破坏大致可以归纳为三种破坏形态：1）剪拉破坏）剪拉破坏2）斜压破坏）斜压破坏3）剪压破坏）剪压破坏剪拉破坏：剪跨比较大、横向钢筋较少的墙肢，容易发生，剪拉破坏：剪跨比较大、横向钢筋较少的墙肢，容易发生，斜裂缝延伸至受压区边缘，使墙肢劈裂为两部分而破坏。属斜裂缝延伸至受压区边缘，使墙肢劈裂为两部分而破坏。属脆性破坏。脆性破坏。斜压破坏：斜裂缝将墙肢分割为各斜受压柱体，混凝土被压斜压破坏：斜裂缝将墙肢分割为各斜受压柱体，混凝土被压碎。容易发生在界面尺寸小、剪压比过大的墙肢。碎。容易发生在界面尺寸小、剪压比过大的墙肢。剪压破坏：常见的破坏形态。剪压破坏：常见的破坏形态。受剪承载力计算以剪压破坏为基础。受剪承载力由两部分组受剪承载力计算以剪压破坏为基础。受剪承载力由两部分组成：横向钢筋的抗剪和混凝土的抗剪承载力成：横向钢筋的抗剪和混凝土的抗剪承载力2.偏心受压斜截面受剪承载力偏心受压斜截面受剪承载力裂缝的形式：裂缝的形式：与剪跨比有关，当与剪跨比有关，当不大于不大于1.5时，墙肢以剪切变形为主，时，墙肢以剪切变形为主，首先在腹部出现斜裂缝，形成腹剪斜裂缝。首先在腹部出现斜裂缝，形成腹剪斜裂缝。当当大于大于1.5，墙肢变形为弯剪变形，出现的裂缝为弯剪，墙肢变形为弯剪变形，出现的裂缝为弯剪裂缝，也可导致斜截面剪切破坏裂缝，也可导致斜截面剪切破坏当剪力墙带有翼墙时，不考虑翼墙的抗剪。当剪力墙带有翼墙时，不考虑翼墙的抗剪。偏心受压墙肢的受剪承载力计算公式为：偏心受压墙肢的受剪承载力计算公式为：3.偏心受拉斜截面受剪承载力偏心受拉斜截面受剪承载力轴向拉力的存在对抗剪不利，只要是大偏拉，仍有部分受压轴向拉力的存在对抗剪不利，只要是大偏拉，仍有部分受压区，混凝土仍可抗剪：区，混凝土仍可抗剪：7.2.5 墙肢构造要求墙肢构造要求1.混凝土强度等级混凝土强度等级 筒体结构核心筒和内筒混凝土不低于筒体结构核心筒和内筒混凝土不低于C25，其他不低于，其他不低于C202.最小截面尺寸（最小厚度和剪压比限值）最小截面尺寸（最小厚度和剪压比限值）首先要满足承载力计算要求，其次满足构造要求：首先要满足承载力计算要求，其次满足构造要求：构造上规定最小厚度原因：保证其平面外的稳定性，并有利于构造上规定最小厚度原因：保证其平面外的稳定性，并有利于混凝土的浇筑质量。混凝土的浇筑质量。1）最小厚度）最小厚度表中，表中，h取层高或剪力墙无支长度二者的小值；取层高或剪力墙无支长度二者的小值；一、二级抗震设计的无端柱或翼墙的一、二级抗震设计的无端柱或翼墙的一字型剪力墙一字型剪力墙的厚度，底的厚度，底部加强部位不应小于部加强部位不应小于h/12、其他部位不应小于、其他部位不应小于h/15，且不小于，且不小于180mm。分隔电梯井的墙肢厚度分隔电梯井的墙肢厚度可适当减小。但不得小于可适当减小。但不得小于160mm.框架框架-剪力墙结构剪力墙结构中的剪力墙厚度，底部加强部位不应小于中的剪力墙厚度，底部加强部位不应小于200mm和和h/16，其他部位不应小于，其他部位不应小于160mm和和h/20。2）剪压比限值）剪压比限值剪压比定义：剪压比定义：剪压比对墙肢截面破坏形态的影响：剪压比过大，将过早剪压比对墙肢截面破坏形态的影响：剪压比过大，将过早出现斜裂缝，增加横向钢筋并不能提高其受剪承载力。原出现斜裂缝，增加横向钢筋并不能提高其受剪承载力。原因是横向钢筋未屈服时，混凝土已发生斜压破坏。因是横向钢筋未屈服时，混凝土已发生斜压破坏。无地震作用组合无地震作用组合无地震作用组合无地震作用组合3.分布钢筋分布钢筋分布钢筋的作用：抗剪、抗弯、减少收缩裂缝。分布钢筋的作用：抗剪、抗弯、减少收缩裂缝。竖向分布筋：限制竖向及斜裂缝开展竖向分布筋：限制竖向及斜裂缝开展 横向分布筋：限制主斜裂缝开展、贯通。横向分布筋：限制主斜裂缝开展、贯通。受温度热胀冷缩影响较大部位，分布钢筋应适当加强，最小配受温度热胀冷缩影响较大部位，分布钢筋应适当加强，最小配筋率提高至筋率提高至0.25%，间距不大于，间距不大于200mm。配筋率的计算：配筋率的计算：墙肢分布钢筋的排数：不允许单排配置墙肢分布钢筋的排数：不允许单排配置 墙厚不大于墙厚不大于400mm：双排：双排 400700mm：三排：三排 700mm：四排：四排各排分布筋之间设置拉筋，拉筋间距不大于各排分布筋之间设置拉筋，拉筋间距不大于600mm。4.轴压比限值轴压比限值 墙肢底部加强部位，在重力荷载代表值作用下的墙肢轴压墙肢底部加强部位，在重力荷载代表值作用下的墙肢轴压比限值：比限值：轴压比的计算轴压比的计算N轴力设计值：取重力荷载代表值作用下产生的轴压力轴力设计值：取重力荷载代表值作用下产生的轴压力 设计值。设计值。一般只需验算墙肢底截面的轴压比，若变截面或变混凝土一般只需验算墙肢底截面的轴压比，若变截面或变混凝土标号，则还需验算变化处的标号，则还需验算变化处的n。其他部位：无具体规定，但最好不要超过表其他部位：无具体规定，但最好不要超过表7-3要求。要求。5.边缘构件边缘构件边缘构件的作用边缘构件的作用：提高墙肢混凝土极限压应变、改善其延性。：提高墙肢混凝土极限压应变、改善其延性。边缘构件的类型边缘构件的类型：约束边缘构件、构造边缘构件。：约束边缘构件、构造边缘构件。约束边缘构件约束边缘构件用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙，其箍筋用箍筋约束的暗柱、端柱和翼墙，其箍筋 较多，对砼约束较强，砼有较大变形能力。较多，对砼约束较强，砼有较大变形能力。构造边缘构件构造边缘构件按构造要求确定的墙肢边缘构件。用于非按构造要求确定的墙肢边缘构件。用于非 约束边缘构件的剪力墙墙肢的两端。其特约束边缘构件的剪力墙墙肢的两端。其特 点是箍筋较少，对砼约束较弱。点是箍筋较少，对砼约束较弱。需要设置边缘约束构件的剪力墙：需要设置边缘约束构件的剪力墙：一、二级剪力墙底截面的轴压比超过一、二级剪力墙底截面的轴压比超过0.1（9度度1级）、级）、0.2（7、8度度1级）或级）或0.3（二级）的剪力墙。部分框支剪力墙结（二级）的剪力墙。部分框支剪力墙结构的一、二级剪力墙。构的一、二级剪力墙。约束边缘构件设置高度约束边缘构件设置高度：底部加强部位及以上一层。：底部加强部位及以上一层。约束边缘构件形式：约束边缘构件形式：端柱及翼墙尺寸要求：见图上端柱及翼墙尺寸要求：见图上 *对部分框支剪力墙：一、二级落地墙的底部加强部位及对部分框支剪力墙：一、二级落地墙的底部加强部位及以上一层，剪力墙的两端必须有端柱或翼墙以上一层，剪力墙的两端必须有端柱或翼墙 *约束边缘构件沿墙肢的长度约束边缘构件沿墙肢的长度lc 应满足下表要求、应满足下表要求、1.5bw 和和450mm三者的最大值。三者的最大值。*有翼墙或端柱时尚不应小于翼墙厚度或端柱沿墙肢方向截有翼墙或端柱时尚不应小于翼墙厚度或端柱沿墙肢方向截面高度加上面高度加上300mm。*约束边缘构件的配箍特征值约束边缘构件的配箍特征值V也有要求：也有要求：（2）无阴影部分）无阴影部分 应力小，允许配拉筋，配箍特征值应力小，允许配拉筋，配箍特征值V=0.1*一、二级筒体结构的核心筒或内筒转角部位的约束边缘构件要一、二级筒体结构的核心筒或内筒转角部位的约束边缘构件要加强：加强：构造边缘构件构造边缘构件按构造要求确定的墙肢边缘构件。用于非按构造要求确定的墙肢边缘构件。用于非 约束边缘构件的剪力墙墙肢的两端。其特约束边缘构件的剪力墙墙肢的两端。其特 点是箍筋较少，对砼约束较弱。点是箍筋较少，对砼约束较弱。如一、二级剪力墙约束边缘构件以上部位，轴压比不大的一、如一、二级剪力墙约束边缘构件以上部位，轴压比不大的一、二级剪力墙，所有的三、四级和非抗震剪力墙。二级剪力墙，所有的三、四级和非抗震剪力墙。构造边缘构件的长度：构造边缘构件的长度：构造边缘构件的配筋：构造边缘构件的配筋：（1）满足承载力要求）满足承载力要求（2）满足构造要求）满足构造要求底部加强部位和其他部位区别对待；端柱纵筋和箍筋按框架柱底部加强部位和其他部位区别对待；端柱纵筋和箍筋按框架柱的构造要求配置。的构造要求配置。非抗震时：墙端配不少于非抗震时：墙端配不少于4根根12纵筋。纵筋。Ac为计算边缘构件纵向构造钢筋的暗柱或端柱面积。为计算边缘构件纵向构造钢筋的暗柱或端柱面积。6.钢筋的连接钢筋的连接剪力墙内钢筋的锚固：分别为剪力墙内钢筋的锚固：分别为la和和laE分布钢筋一般用搭接的形式连接，一、二级抗震墙的加强部位、分布钢筋一般用搭接的形式连接，一、二级抗震墙的加强部位、接头部位应错开。连接数量不超过接头部位应错开。连接数量不超过50%，错开净距不小于，错开净距不小于500mm；其他情况可以在同一部位连接。；其他情况可以在同一部位连接。搭接长度：搭接长度：1.2la；1.2 1.2 laE7.3 连梁设计连梁设计连梁特点：跨高比小，容易出现斜裂缝。连梁特点：跨高比小，容易出现斜裂缝。设计要求：整体上要求强墙弱梁；连梁要求强剪弱弯。设计要求：整体上要求强墙弱梁；连梁要求强剪弱弯。设计方法：降低连梁的弯矩设计值；限制连梁名义剪应力。设计方法：降低连梁的弯矩设计值；限制连梁名义剪应力。对核心筒连梁和框筒裙梁，可采用配置交叉斜筋对核心筒连梁和框筒裙梁，可采用配置交叉斜筋 或交叉暗撑等特殊措施，以改善其受力性能。或交叉暗撑等特殊措施，以改善其受力性能。