第7章-钢筋混凝土剪力墙设计课件.ppt

第第7 7章章 钢筋混凝土剪力墙设计和构造钢筋混凝土剪力墙设计和构造7.1 概述概述7.2 墙肢设计墙肢设计7.3 连梁设计连梁设计7.1 概述概述7.1.1 剪力墙分类剪力墙分类1.1.按几何形式分按几何形式分(见图见图7-7-1)1)(1)(1)悬臂剪力墙悬臂剪力墙(实体墙不开洞，只有墙肢构件实体墙不开洞，只有墙肢构件)。(2)(2)联肢剪力墙联肢剪力墙(开有洞口的剪力墙，由墙肢和连梁组成开有洞口的剪力墙，由墙肢和连梁组成)。(3)(3)带边框剪力墙带边框剪力墙(在框剪结构中，剪力墙往往和梁柱结合在在框剪结构中，剪力墙往往和梁柱结合在一起一起)。(4)(4)框支剪力墙框支剪力墙(框架支承剪力墙框架支承剪力墙)。(5)(5)筒体（井筒）筒体（井筒）2.2.根据剪力墙的高宽比及受力破坏特征分根据剪力墙的高宽比及受力破坏特征分(见图见图7-7-2)2)(1)(1)高墙高墙22，弯曲破坏。，弯曲破坏。(2)(2)中高墙中高墙1212，弯剪破坏。，弯剪破坏。(3)(3)矮墙矮墙1 b)b)(1)(1)截面全部受压或大部分受压。截面全部受压或大部分受压。(2)(2)受拉部分的钢筋未达到屈服应力。受拉部分的钢筋未达到屈服应力。(3)(3)所有分布钢筋都不计入抗弯。所有分布钢筋都不计入抗弯。(4)(4)剪力墙截面的正截面承载力计算和柱子相同。剪力墙截面的正截面承载力计算和柱子相同。(如图如图7-7-4)4)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1.1.墙肢受拉情况墙肢受拉情况(不宜采用小偏心受拉墙肢不宜采用小偏心受拉墙肢)(1)(1)小偏心受拉时墙肢全截面受拉，混凝土开裂贯通整个截面小偏心受拉时墙肢全截面受拉，混凝土开裂贯通整个截面高度。高度。(2)(2)通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉的墙通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉的墙肢。肢。(3)(3)剪力墙很长时，边墙肢拉剪力墙很长时，边墙肢拉(压压)力很大，可以人为加大洞口力很大，可以人为加大洞口或人为开洞口，减小连梁高度而成为对墙肢约束弯距很小的或人为开洞口，减小连梁高度而成为对墙肢约束弯距很小的连梁。连梁。(4)(4)地震时，连梁两端比较容易形成塑性铰，可将长墙分成长地震时，连梁两端比较容易形成塑性铰，可将长墙分成长度较小的墙。在实际工程中，一般使墙的长度不大于度较小的墙。在实际工程中，一般使墙的长度不大于8m8m。(5)(5)减小连梁高度也可减小墙肢轴力。减小连梁高度也可减小墙肢轴力。2.大偏心受拉承载力计算公式大偏心受拉承载力计算公式(1)(1)大偏心受拉的判别条件为：大偏心受拉的判别条件为：2-a 2-a；(2)(2)受拉钢筋应力达到屈服，即受拉钢筋应力达到屈服，即s=s=；(3)(3)分布钢筋达到屈服应力分布钢筋达到屈服应力 ；(4)(4)只计算只计算0-1.5 x0-1.5 x范围内的分布钢筋，并认为它们都达到了范围内的分布钢筋，并认为它们都达到了屈服应力屈服应力(在中和轴附近的分布钢筋应力较小，不计入在中和轴附近的分布钢筋应力较小，不计入)。如图如图75v根根据据平平衡衡条条件件，可可写写出出0、0(对对混混凝凝土土受受压压区区中中心心取取矩矩)两个方程式：两个方程式：式中：式中：剪力墙腹板中竖向分布钢筋总面积，布置在剪力墙腹板中竖向分布钢筋总面积，布置在 0高度范围内。高度范围内。e0=M N，M取前述调整后的值。取前述调整后的值。承载力抗震调整系数。剪力墙取承载力抗震调整系数。剪力墙取0.85。7.2.4 斜截面抗剪承载力计算斜截面抗剪承载力计算1.1.剪力墙中斜裂缝剪力墙中斜裂缝v剪剪跨跨比比大大于于1.5的的墙墙肢肢：在在轴轴压压力力和和剪剪力力共共同同作作用用下下，由由弯弯曲曲受拉边缘先出现水平裂缝，然后向倾斜方向发展成为斜裂缝。受拉边缘先出现水平裂缝，然后向倾斜方向发展成为斜裂缝。v剪剪跨跨比比不不大大于于1.5的的墙墙肢肢：以以剪剪切切变变形形为为主主，因因腹腹板板中中部部主主拉应力过大而出现斜向裂缝，然后向两边缘发展。拉应力过大而出现斜向裂缝，然后向两边缘发展。2.2.斜裂缝出现后的剪切破坏形态斜裂缝出现后的剪切破坏形态(1)(1)剪剪拉拉破破坏坏当当无无腹腹部部钢钢筋筋或或腹腹部部钢钢筋筋过过少少，斜斜裂裂缝缝一一旦旦出出现现，很很快快会会形形成成一一条条主主裂裂缝缝，使使构构件件劈劈裂裂而而丧丧失失承承载载能能力。避免这类破坏的主要措施是配置必需的腹部钢筋。力。避免这类破坏的主要措施是配置必需的腹部钢筋。(2)(2)剪剪压压破破坏坏 当当配配置置足足够够的的腹腹部部钢钢筋筋时时，腹腹部部钢钢筋筋可可抵抵抗抗斜斜裂裂缝缝的的开开展展。随随着着裂裂缝缝逐逐步步扩扩大大，混混凝凝土土受受剪剪的的区区域域减减小小，最最后后在在压压应应力力及及剪剪应应力力的的共共同同作作用用下下混混凝凝土土破破碎碎而而丧丧失失承承载载能能力力。剪剪力力墙墙抗抗剪剪腹腹筋筋计计算算主主要要是是建建立立在在这这种种破破坏坏形形态态的基础上的。的基础上的。(3)(3)斜斜压压破破坏坏 当当剪剪力力墙墙截截面面过过小小或或混混凝凝土土强强度度等等级级选选择择不不恰恰当当时时，截截面面剪剪应应力力过过高高，腹腹板板中中较较早早出出现现斜斜裂裂缝缝。尽尽管管按按照照计计算算需需要要可可以以配配置置许许多多腹腹部部钢钢筋筋，但但过过多多的的腹腹部部钢钢筋筋并并不不能能充充分分发发挥挥作作用用，钢钢筋筋应应力力较较小小时时，混混凝凝土土就就被被剪剪压压破破碎碎了了。这这种种破破坏坏只只能能用用加加大大构构件件截截面面或或提提高高混混凝凝土土等等级级来来防防止止，在设计中则从限制截面的剪压比体现这一要求。在设计中则从限制截面的剪压比体现这一要求。3.3.偏心受压斜截面抗剪承载力偏心受压斜截面抗剪承载力(1)(1)无地震作用组合时无地震作用组合时:(2)(2)有地震作用组合时有地震作用组合时:4.4.偏心受拉斜截面抗剪承载力偏心受拉斜截面抗剪承载力(1)(1)无地震作用组合时无地震作用组合时:(2)(2)有地震作用组合时有地震作用组合时:式中：式中：取前述调整后的值。取前述调整后的值。承载力抗震调整系数。剪力墙取承载力抗震调整系数。剪力墙取0.85。、A墙肢腹板横截面面积和全截面面积。墙肢腹板横截面面积和全截面面积。1.1.混混凝凝土土强强度度等等级级，不不低低于于C20C20，筒筒体体不不低低于于C30C30；抗抗震设计时不宜高于震设计时不宜高于C60C60。7.2.5 墙肢构造要求墙肢构造要求2.2.最小截面尺寸最小截面尺寸(1)(1)最小厚度的要求，最小厚度的要求，(226)(226)表表7-17-1。(2)(2)剪压比限值的要求，剪压比限值的要求，(227)(227)式式(7-20)(7-20)。3.3.分布钢筋，分布钢筋，(227)(227)表表7-27-2。(1)(1)墙肢竖向及横向分布钢筋的最小配筋要求墙肢竖向及横向分布钢筋的最小配筋要求(2)(2)分布钢筋的布置要求分布钢筋的布置要求4.4.轴压比限值，轴压比限值，(228)(228)表表7-37-3。n边缘构件边缘构件剪力墙端部的暗柱、端柱和翼柱剪力墙端部的暗柱、端柱和翼柱(或翼或翼墙墙)。图。图7-7(229)。n剪力墙的边缘构件有横向钢筋的约束，可改善受压剪力墙的边缘构件有横向钢筋的约束，可改善受压混凝土的受压性能，增大延性。混凝土的受压性能，增大延性。n约束边缘构件约束边缘构件其箍筋较多，对混凝土的约束较其箍筋较多，对混凝土的约束较强，因而混凝土有比较大的变形能力；强，因而混凝土有比较大的变形能力；n构造边缘构件构造边缘构件箍筋较少，对混凝土约束程度较箍筋较少，对混凝土约束程度较差。差。5.5.边缘构件边缘构件n边缘构件设置要求边缘构件设置要求n剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件。n一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于表一、二、三级剪力墙底层墙肢底截面的轴压比大于表7-4(229)的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪的规定值时，以及部分框支剪力墙结构的剪力墙，应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边力墙，应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件；缘构件；n除上条所列部位外，剪力墙应设置构造边缘构件除上条所列部位外，剪力墙应设置构造边缘构件(231)；nB级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与构造边缘构件层之间设置构造边缘构件层之间设置12层过渡层，过渡层边缘层过渡层，过渡层边缘构件的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但构件的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但应高于构造边缘构件的要求。应高于构造边缘构件的要求。n 约束边缘构件约束边缘构件v约束边缘构件的形式。约束边缘构件的形式。见图见图7-77-7v约束边缘构件的设置要求，约束边缘构件的设置要求，(230)(230)表表7-57-5。v约束边缘构件的体积配箍率由配箍特征值约束边缘构件的体积配箍率由配箍特征值vv确定：确定：n 构造边缘构件构造边缘构件v构造边缘构件的范围。构造边缘构件的范围。见图见图7-87-8v构造边缘构件的设置要求。构造边缘构件的设置要求。(231)(231)表表7-67-6。6.6.钢筋连接钢筋连接(1)(1)剪力墙内钢筋的锚固长度剪力墙内钢筋的锚固长度非抗震设计不小于；非抗震设计不小于；抗震设计不小于。抗震设计不小于。(2)(2)墙肢分布钢筋的连接，见下图墙肢分布钢筋的连接，见下图 一一、二二级级抗抗震震等等级级剪剪力力墙墙的的加加强强部部位位，接接头头位位置置应应错开，每次连接的钢筋数量不宜超过总数量的错开，每次连接的钢筋数量不宜超过总数量的50%50%；错开净距不宜小于错开净距不宜小于500500；其他情况剪力墙的钢筋可在同一截面连接。其他情况剪力墙的钢筋可在同一截面连接。n剪力墙中的连梁受有弯矩、剪力、轴力的共向作用。剪力墙中的连梁受有弯矩、剪力、轴力的共向作用。n但一般轴力较小，常常忽略而按受弯构件设计。但一般轴力较小，常常忽略而按受弯构件设计。7.3 连梁设计连梁设计7.3.1 连梁的受力特点连梁的受力特点7.3.2 连梁的破坏特征连梁的破坏特征n大多数连梁跨高比较小大多数连梁跨高比较小(可能小于可能小于2.5，有时接近于，有时接近于1)。n在水平荷载下，梁两端作用有符号相反的弯矩，剪切变形在水平荷载下，梁两端作用有符号相反的弯矩，剪切变形大，容易出现剪切斜裂缝。大，容易出现剪切斜裂缝。n在反复荷载作用下，斜裂缝很快扩展到全对角线上，导致在反复荷载作用下，斜裂缝很快扩展到全对角线上，导致剪切破坏剪切破坏(232)(图图7-10)。n因此，有地震作用时，连梁抗震承载力降低，跨高比小于因此，有地震作用时，连梁抗震承载力降低，跨高比小于2.5的连梁抗剪承载力更低。的连梁抗剪承载力更低。n与延性框架类似，应当使延性联肢剪力墙的连梁上首先出与延性框架类似，应当使延性联肢剪力墙的连梁上首先出现塑性铰吸收能量，从而避免墙肢的严重破坏现塑性铰吸收能量，从而避免墙肢的严重破坏即强墙即强墙弱梁。弱梁。n作为超静定结构的联肢剪力墙，如能实现强墙弱梁，则比作为超静定结构的联肢剪力墙，如能实现强墙弱梁，则比悬臂剪力墙具有更好的抗震性能。悬臂剪力墙具有更好的抗震性能。n“强墙弱梁强墙弱梁”的联肢剪力墙要求的联肢剪力墙要求n首先要保证墙肢不过早出现脆性的剪切破坏，即设计延性首先要保证墙肢不过早出现脆性的剪切破坏，即设计延性的墙肢；的墙肢；n其次应使连梁屈服早于墙肢屈服；同时尽可能避免连梁中其次应使连梁屈服早于墙肢屈服；同时尽可能避免连梁中过早出现脆性的剪切破坏，即要设计延性的连梁。过早出现脆性的剪切破坏，即要设计延性的连梁。7.3.3 连梁的设计原则连梁的设计原则7.3.4 连梁内力设计值连梁内力设计值1.1.弯矩设计值：弯矩设计值：弯矩调幅弯矩调幅保证连梁受弯屈服保证连梁受弯屈服(在不影响其承受在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂竖向荷载能力的前提下，允许其适当开裂(刚度降低刚度降低)、而把内力转移到墙体上而把内力转移到墙体上)。方法方法1：折减连梁刚度。：折减连梁刚度。方法方法2：将弯矩组合值折减。：将弯矩组合值折减。n连梁刚度折减法连梁刚度折减法将连梁弹性刚度乘以折减系数以后再将连梁弹性刚度乘以折减系数以后再进行内力和位移计算。进行内力和位移计算。n8、9度时：折减系数不小于度时：折减系数不小于0.5；6、7度时不小于度时不小于0.7。n连梁弯矩和剪力调幅法连梁弯矩和剪力调幅法在内力和位移计算在内力和位移计算(刚度没折刚度没折减减)以后，将连梁弯矩组合值乘以折减系数。以后，将连梁弯矩组合值乘以折减系数。n8、9度时：折减系数不小于度时：折减系数不小于0.5；6、7度时不小于度时不小于0.8。l内力计算时已经降低了刚度的连梁，其弯矩值不宜再调幅。内力计算时已经降低了刚度的连梁，其弯矩值不宜再调幅。l当部分连梁降低弯矩设计值以后，其余部位的连梁和墙当部分连梁降低弯矩设计值以后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应地提高肢的弯矩设计值应相应地提高(233)(图图7-11)。l无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于设防烈度低一度的地震作用于使用状况下的值，也不宜低于设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。地震作用下连梁上出现裂缝。2.2.剪力设计值剪力设计值一、二、三级剪力墙的连梁一、二、三级剪力墙的连梁v9度、一级抗震时应符合以下要求：度、一级抗震时应符合以下要求：v按按“强剪弱弯强剪弱弯”要求，将由弯矩产生的剪力放大要求，将由弯矩产生的剪力放大 vb倍倍。式中：式中：梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，梁剪力增大系数。一、二、三级抗震时，分分 别为别为1.3、1.2、1.1。超限高层建筑的特一级，按。超限高层建筑的特一级，按 一级再增大一级再增大20。7.3.5 连梁承载力验算连梁承载力验算1.受弯承载力验算受弯承载力验算(按对称配筋按对称配筋)(1)(1)无地震作用组合时无地震作用组合时:(2)(2)有地震作用组合时有地震作用组合时:2.受剪承载力验算受剪承载力验算(1)(1)无地震作用组合时无地震作用组合时:0.700(2)(2)有地震作用组合时有地震作用组合时:v跨高比跨高比2.52.5：0.4200v跨高比跨高比2.52.5：0.380+0.907.3.6 连梁构造要求连梁构造要求1.最小截面尺寸最小截面尺寸(234)(1)(1)无地震作用组合时：无地震作用组合时：0.25 0.250 0(2)(2)有地震作用组合时：有地震作用组合时：v跨高比跨高比2.52.5：0.2 0.20 0v跨高比跨高比2.52.5：0.150.150 02 2、纵向钢筋配筋率、纵向钢筋配筋率跨高比跨高比1.51.5：非抗震：非抗震0.2%0.2%；抗震设计的；抗震设计的见见(235)(235)表表7-77-7。跨高比跨高比1.51.5：其：其按框架梁的规定取用。按框架梁的规定取用。非抗震设计时，连梁底面及顶面单侧非抗震设计时，连梁底面及顶面单侧2.5%2.5%；抗震设；抗震设计的单侧计的单侧见见(235)(235)表表7-87-8。2.连梁配筋构造连梁配筋构造 l1 连梁顶面、底面纵筋伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应连梁顶面、底面纵筋伸入墙内的锚固长度，抗震设计时不应小于，非抗震设计时不应小于。且均不应小于小于，非抗震设计时不应小于。且均不应小于600。l2 抗震设计时，沿连梁全长箍筋应按框架梁梁端加密区箍筋的抗震设计时，沿连梁全长箍筋应按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于构造要求采用；非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于6，间距不应大于，间距不应大于150。l3 顶层连梁纵向钢筋伸入墙体的长度范围内，应配置间距不大顶层连梁纵向钢筋伸入墙体的长度范围内，应配置间距不大于于150的构造箍筋，箍筋直径应与该连梁的箍筋直径相同。的构造箍筋，箍筋直径应与该连梁的箍筋直径相同。l4 墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉通连续墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置；当连梁截面高度大于配置；当连梁截面高度大于700时，其两侧面沿梁高范围设置的时，其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋纵向构造钢筋(腰筋腰筋)的直径不应小于的直径不应小于8，间距不应大于，间距不应大于200；对跨；对跨高比不大于高比不大于2.5的连梁，梁两侧的纵向构造钢筋的连梁，梁两侧的纵向构造钢筋(腰筋腰筋)的总面积配的总面积配筋率不应小于筋率不应小于0.3。图图7-11、图、图7-12本章结束，谢谢听讲！本章结束，谢谢听讲！图图7-1 剪力墙的类型剪力墙的类型(a)(a)悬臂剪力墙悬臂剪力墙(e)(e)带边框剪力墙带边框剪力墙(b)(b)联肢剪力墙联肢剪力墙(c)(c)井筒井筒(d)(d)框支剪力墙框支剪力墙图图7-2 剪力墙破坏形态剪力墙破坏形态(a)(a)弯曲破坏弯曲破坏 (b)(b)弯剪破坏弯剪破坏 (c)(c)剪切破坏剪切破坏 (d)(d)滑移破坏滑移破坏图图7-3图图73 墙肢大偏心受压截面应变和应力分布墙肢大偏心受压截面应变和应力分布图图74 墙肢小偏心受压截面应力分布墙肢小偏心受压截面应力分布图图75 墙肢大偏心受拉压截面应力分布墙肢大偏心受拉压截面应力分布图图7-7 剪力墙墙肢的约束边缘构件剪力墙墙肢的约束边缘构件图图7-8 剪力墙墙肢构造边缘构件的范围剪力墙墙肢构造边缘构件的范围表(7-4)图图7-8+图7-9图图7-11图图7-12(7-20)表(7-1)分布钢筋的直径不宜大于墙厚的分布钢筋的直径不宜大于墙厚的110。表(7-2)表(7-3)表(7-8)表(7-7)结 束