高层建筑结构剪力墙结构设计.pptx
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1、结构布置 1 1 .概念概念概念概念 剪力墙是纵横剪力墙是纵横剪力墙是纵横剪力墙是纵横两个方向均由钢筋两个方向均由钢筋两个方向均由钢筋两个方向均由钢筋混凝土墙组成的空混凝土墙组成的空混凝土墙组成的空混凝土墙组成的空间结构体系。除了间结构体系。除了间结构体系。除了间结构体系。除了承受楼板的竖向荷承受楼板的竖向荷承受楼板的竖向荷承受楼板的竖向荷载外,还要承受风载外,还要承受风载外,还要承受风载外,还要承受风荷载、水平地震作荷载、水平地震作荷载、水平地震作荷载、水平地震作用等水平作用。用等水平作用。用等水平作用。用等水平作用。第1页/共71页结构布置2 2 .布置原布置原布置原布置原则则 剪力墙应尽
2、量布置得比较规则,拉通、对直。剪力墙应尽量布置得比较规则,拉通、对直。剪力墙应尽量布置得比较规则,拉通、对直。剪力墙应尽量布置得比较规则,拉通、对直。剪力墙宜自下到上连续布置,不宜突然取消或中断,剪力墙宜自下到上连续布置,不宜突然取消或中断,剪力墙宜自下到上连续布置,不宜突然取消或中断,剪力墙宜自下到上连续布置,不宜突然取消或中断,避免刚度突变。避免刚度突变。避免刚度突变。避免刚度突变。墙不宜布置得太密,结构的侧向刚度不宜过大。墙不宜布置得太密,结构的侧向刚度不宜过大。墙不宜布置得太密,结构的侧向刚度不宜过大。墙不宜布置得太密,结构的侧向刚度不宜过大。剪力剪力剪力剪力墙结墙结构构构构应应具有具
3、有具有具有较较好的延性。好的延性。好的延性。好的延性。3 3 .特点特点特点特点 平面内平面内平面内平面内刚刚度及承度及承度及承度及承载载力大,平面平面外力大,平面平面外力大,平面平面外力大,平面平面外刚刚度及承度及承度及承度及承载载力相力相力相力相对对很小。很小。很小。很小。第2页/共71页第3页/共71页剪力墙的分类1 1 .整体剪力整体剪力整体剪力整体剪力墙墙 (1)无洞口或洞口面)无洞口或洞口面积不超不超过墙面面面面积的的16,且孔洞,且孔洞间净距及孔洞至距及孔洞至墙边净距大于孔洞距大于孔洞长边;(2)双肢)双肢墙,但,但连梁很弱(梁很弱(10,截面,截面惯性性 矩比矩比整体小开口墙第
4、5页/共71页剪力墙的分类 3 3 .联联肢剪力肢剪力肢剪力肢剪力墙墙(双肢(双肢(双肢(双肢墙墙、多肢、多肢、多肢、多肢墙墙)弯矩弯矩弯矩弯矩图图呈呈呈呈显显著著著著锯齿锯齿型,截面型,截面型,截面型,截面应应力不是直力不是直力不是直力不是直线线分布,分布,分布,分布,1 11010第6页/共71页剪力墙的分类4 4 .壁式框架壁式框架壁式框架壁式框架 (1)墙肢弯矩肢弯矩图中各中各层 有反弯点,有反弯点,墙肢拉肢拉压力力 较大;大;(2)10(连梁梁强、墙肢肢 弱),弱),第7页/共71页剪力墙的分类整体剪力墙整体小开口墙双肢墙双肢墙多肢墙第8页/共71页5.1.3 剪力墙的分析方法1 1
5、 .材料力学分析法材料力学分析法材料力学分析法材料力学分析法 对于整体墙,在水平力作用下截面仍保持平面,法向应对于整体墙,在水平力作用下截面仍保持平面,法向应对于整体墙,在水平力作用下截面仍保持平面,法向应对于整体墙,在水平力作用下截面仍保持平面,法向应力力力力呈线性分布,可采用材料力学中有关公式计算内力及变呈线性分布,可采用材料力学中有关公式计算内力及变呈线性分布,可采用材料力学中有关公式计算内力及变呈线性分布,可采用材料力学中有关公式计算内力及变形。形。形。形。2 2 .连续连续化方法化方法化方法化方法将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系列连续连将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系
6、列连续连将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系列连续连将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系列连续连杆,杆,杆,杆,由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程,从中求由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程,从中求由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程,从中求由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程,从中求解出解出解出解出外力。外力。外力。外力。3 3 .壁式框架分析法壁式框架分析法壁式框架分析法壁式框架分析法将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架,用将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架,用将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架,用将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架,用D D值法进值
7、法进值法进值法进行行行行求解,也可以用位移法借助计算机进行求解。求解,也可以用位移法借助计算机进行求解。求解,也可以用位移法借助计算机进行求解。求解,也可以用位移法借助计算机进行求解。4 4 .有限元法和有限条法有限元法和有限条法有限元法和有限条法有限元法和有限条法将剪力墙结构进行等效连续化处理后,取条带进行计算。将剪力墙结构进行等效连续化处理后,取条带进行计算。将剪力墙结构进行等效连续化处理后,取条带进行计算。将剪力墙结构进行等效连续化处理后,取条带进行计算。第9页/共71页5 52 2 整体整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算剪力墙及整体小开口剪力墙的计算第10页/共71页整体墙的计算 位移
8、位移位移位移计计算算算算 =弯曲弯曲弯曲弯曲变变形形形形 +剪切剪切剪切剪切变变形形形形 位移位移位移位移计计算:算:算:算:第11页/共71页整体墙的计算1 1 .判判判判别别条件:洞口条件:洞口条件:洞口条件:洞口1515;或双肢;或双肢;或双肢;或双肢11010 壁式框架与普通框架壁式框架与普通框架壁式框架与普通框架壁式框架与普通框架对对比:比:比:比:相同点:在水平荷相同点:在水平荷相同点:在水平荷相同点:在水平荷载载作用下会出作用下会出作用下会出作用下会出现现反弯点反弯点反弯点反弯点 不同点:不同点:不同点:不同点:梁梁梁梁宽宽柱柱柱柱宽宽,其,其,其,其刚刚度要考度要考度要考度要考
9、虑虑剪切剪切剪切剪切变变形的影响而降低形的影响而降低形的影响而降低形的影响而降低 梁梁梁梁墙墙相交部分面相交部分面相交部分面相交部分面积积大大大大变变形小,形成形小,形成形小,形成形小,形成刚刚域,其域,其域,其域,其刚刚度度度度 要考要考要考要考虑刚虑刚域的影响而提高域的影响而提高域的影响而提高域的影响而提高 结论结论:壁式框架的:壁式框架的:壁式框架的:壁式框架的计计算考算考算考算考虑虑两个修正后,内力和位移两个修正后,内力和位移两个修正后,内力和位移两个修正后,内力和位移计计算算算算方法与普通框架相同,采用方法与普通框架相同,采用方法与普通框架相同,采用方法与普通框架相同,采用D D值值
10、法。法。法。法。第24页/共71页壁式框架内力计算2 2 .刚刚域的取法域的取法域的取法域的取法 带刚带刚域框架的梁柱域框架的梁柱域框架的梁柱域框架的梁柱轴线轴线取取取取连连梁和梁和梁和梁和墙墙肢的形心肢的形心肢的形心肢的形心线线。第25页/共71页壁式框架计算筒图 刚刚域域域域长长度度度度 梁方向梁方向梁方向梁方向 柱方向柱方向柱方向柱方向刚域长度第26页/共71页5.4.2 壁式框架内力计算1 1 .带刚带刚域框架柱的域框架柱的域框架柱的域框架柱的D D值值普通框架:普通框架:(1)(1)壁式框架壁式框架:(1)(1)用用k代替普通框架中的代替普通框架中的i即可即可梁梁柱柱式中式中第27页
11、/共71页5.4.2 壁式框架内力计算普通框架:普通框架:(2)(2)梁柱梁柱刚度比度比一般一般层底底层(3)(3)一般一般层底底层(4)(4)壁式框架壁式框架:(2)(2)梁柱梁柱刚度比度比(3)(3)(4)(4)第28页/共71页壁式框架内力计算2 2 .考考考考虑虑剪切剪切剪切剪切变变形后壁柱形后壁柱形后壁柱形后壁柱D D值计值计算算算算 壁梁和壁柱的刚度确定之后,就可以按照前面类似的方法计算壁梁和壁柱的刚度确定之后,就可以按照前面类似的方法计算壁梁和壁柱的刚度确定之后,就可以按照前面类似的方法计算壁梁和壁柱的刚度确定之后,就可以按照前面类似的方法计算D D值值值值,见下表见下表见下表见
12、下表:第29页/共71页5.4.2 壁式框架内力计算3 3 .考考考考虑虑剪切剪切剪切剪切变变形后形后形后形后对对壁柱反弯点高度的修正壁柱反弯点高度的修正壁柱反弯点高度的修正壁柱反弯点高度的修正 普通框架柱普通框架柱普通框架柱普通框架柱 壁式框架柱壁式框架柱壁式框架柱壁式框架柱第30页/共71页壁式框架位移计算 梁柱弯曲梁柱弯曲梁柱弯曲梁柱弯曲变变形形形形产产生的生的生的生的侧侧移移移移:层间位移层间位移层间位移层间位移 顶点位移顶点位移顶点位移顶点位移 壁柱反弯点位置第31页/共71页5.5 剪力墙结构的分类第32页/共71页按整体参数来划分 判判判判别别剪力剪力剪力剪力墙类别墙类别的一个定
13、性的的一个定性的的一个定性的的一个定性的标标准:准:准:准:(1)(1)当当当当 1 1时,可以忽略连梁对墙肢的约束作俐,剪力墙按独立墙时,可以忽略连梁对墙肢的约束作俐,剪力墙按独立墙时,可以忽略连梁对墙肢的约束作俐,剪力墙按独立墙时,可以忽略连梁对墙肢的约束作俐,剪力墙按独立墙肢进行计算;肢进行计算;肢进行计算;肢进行计算;(2)(2)当当当当 1010时,连梁对墙肢的约束作用很强,剪力墙可按整体小时,连梁对墙肢的约束作用很强,剪力墙可按整体小时,连梁对墙肢的约束作用很强,剪力墙可按整体小时,连梁对墙肢的约束作用很强,剪力墙可按整体小开口墙进行计算;开口墙进行计算;开口墙进行计算;开口墙进行
14、计算;(3)(3)当当当当1 1 1010时,可按联肢墙进行计算。时,可按联肢墙进行计算。时,可按联肢墙进行计算。时,可按联肢墙进行计算。第33页/共71页按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分 在某些情况下,在某些情况下,在某些情况下,在某些情况下,仅仅靠靠靠靠 值值的大小的大小的大小的大小还还不足以完全判不足以完全判不足以完全判不足以完全判别别剪力剪力剪力剪力墙墙的的的的类类型。通型。通型。通型。通过过分析表明,分析表明,分析表明,分析表明,墙墙肢是否出肢是否出肢是否出肢是否出现现反弯点,与反弯点,与反弯点,与反弯点,与墙墙肢肢肢肢惯惯性矩的比性矩的比性矩的比性矩的比值值I I I IA A A A
15、I I I I、剪力、剪力、剪力、剪力墙墙的整体参数的整体参数的整体参数的整体参数 及及及及结结构的构的构的构的层层数数数数N N等等等等诸诸多因素有关。多因素有关。多因素有关。多因素有关。第34页/共71页按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分 系数系数S第35页/共71页5.5.3 剪力墙类型的判别方法 剪力剪力剪力剪力墙墙的的的的类类型判型判型判型判别应别应以其受力特点以其受力特点以其受力特点以其受力特点为为依据,从剪力依据,从剪力依据,从剪力依据,从剪力墙墙的整的整的整的整体性能及体性能及体性能及体性能及墙墙肢沿高度是否出肢沿高度是否出肢沿高度是否出肢沿高度是否出现现反弯点两个主要特征来反弯点两
16、个主要特征来反弯点两个主要特征来反弯点两个主要特征来进进行行行行判判判判别别,具体条件如下;,具体条件如下;,具体条件如下;,具体条件如下;(1)(1)当当当当 1 1时,忽略连梁对墙肢的约束作用,各墙肢按独立墙时,忽略连梁对墙肢的约束作用,各墙肢按独立墙时,忽略连梁对墙肢的约束作用,各墙肢按独立墙时,忽略连梁对墙肢的约束作用,各墙肢按独立墙 肢分别计算;肢分别计算;肢分别计算;肢分别计算;(2)(2)当当当当1 1 1010,且,且,且,且I I I IA A A AI I I I Z Z时,可按联肢墙计算;时,可按联肢墙计算;时,可按联肢墙计算;时,可按联肢墙计算;(3)(3)当当当当 1
17、010,且,且,且,且I I I IA A A AI I I I Z Z时,可按整体小开口墙进行计算;时,可按整体小开口墙进行计算;时,可按整体小开口墙进行计算;时,可按整体小开口墙进行计算;(4)(4)当当当当 1010,且,且,且,且I I I IA A A AI I I I Z Z时,按壁式框架计算;时,按壁式框架计算;时,按壁式框架计算;时,按壁式框架计算;(5)(5)当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的1616时按整体墙时按整体墙时按整体墙时按整体墙计算。计算。
18、计算。计算。第36页/共71页56 剪力墙的截面设计第37页/共71页墙肢正截面抗弯承载力3838楼板楼板柱柱柱主筋柱主筋箍筋箍筋梁梁梁主筋梁主筋横向钢筋横向钢筋纵向钢筋纵向钢筋柱柱梁梁洞口边缘纵、横向加强筋洞口边缘纵、横向加强筋第38页/共71页墙肢正截面抗弯承载力1 1 .偏心偏心偏心偏心受受受受压压承承承承载载力力力力计计算算算算公式公式公式公式 (1 1)大)大)大)大偏心受压情况偏心受压情况偏心受压情况偏心受压情况(b b)第39页/共71页墙肢正截面抗弯承载力大偏心受压的计算公式:大偏心受压的计算公式:大偏心受压的计算公式:大偏心受压的计算公式:第40页/共71页墙肢正截面抗弯承载
19、力当已知受拉钢筋面积时,对压筋重心取矩当已知受拉钢筋面积时,对压筋重心取矩:当已知受压钢筋面积时,对拉筋重心取矩:当已知受压钢筋面积时,对拉筋重心取矩:第41页/共71页墙肢正截面抗弯承载力(2 2)小)小)小)小偏心受压承载力计算公式偏心受压承载力计算公式偏心受压承载力计算公式偏心受压承载力计算公式考虑地震作用时,承载力计算右边乘以1/RE对称配筋时:非对称配筋时:第42页/共71页墙肢正截面抗弯承载力 小偏心截面小偏心截面小偏心截面小偏心截面应应力分布力分布力分布力分布第43页/共71页墙肢正截面抗弯承载力 2 2 .偏心受拉偏心受拉偏心受拉偏心受拉强强度度度度计计算公式算公式算公式算公式
20、:(1 1)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(2 2)有地震作用组合有地震作用组合有地震作用组合有地震作用组合第44页/共71页墙肢正截面抗弯承载力大偏拉大偏拉(1 1)按构造要求确定)按构造要求确定竖向分布向分布钢筋筋为保保证截面上有受截面上有受压区,即区,即x0,应使使(2 2)按)按计算求算求,方法同大偏,方法同大偏压,只是,只是N改改为负号号小偏拉小偏拉 (全截面受拉)(全截面受拉)高层建筑设计规中要求不宜在双肢剪力墙中出现小偏拉高层建筑设计规中要求不宜在双肢剪力墙中出现小偏拉 。说说明明:考考虑虑地地震震作作用用时时,承承载载力力计计算算公公式式右右边边都都要
21、要乘乘以以承承载载力抗震调整系数力抗震调整系数 。第45页/共71页墙肢斜截面抗剪承载力1 1 .偏心偏心偏心偏心受受受受压时压时抗剪承抗剪承抗剪承抗剪承载载力力力力计计算公式算公式算公式算公式为为:无地震作用时:无地震作用时:无地震作用时:无地震作用时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:要求:要求:剪跨比剪跨比取取1.51.52.22.2轴向力向力工形或工形或T形截面腹板面形截面腹板面积第46页/共71页墙肢斜截面抗剪承载力墙肢斜截面抗剪承载力2.2.偏拉构件抗剪承偏拉构件抗剪承偏拉构件抗剪承偏拉构件抗剪承载载力力力力计计算公式算公式算公式算公式:无地震
22、作用组合时:无地震作用组合时:无地震作用组合时:无地震作用组合时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:有地震作用组合时:在在在在9 9度抗震设计时,剪力墙底部加强部位用实际配筋计算度抗震设计时,剪力墙底部加强部位用实际配筋计算度抗震设计时,剪力墙底部加强部位用实际配筋计算度抗震设计时,剪力墙底部加强部位用实际配筋计算的抗弯承载力计算其剪力增大系数:的抗弯承载力计算其剪力增大系数:的抗弯承载力计算其剪力增大系数:的抗弯承载力计算其剪力增大系数:第47页/共71页施工缝的抗滑移验算 按一按一按一按一级级抗震等抗震等抗震等抗震等级设计级设计的剪力的剪力的剪力的剪力墙墙,要防止水平施
23、工,要防止水平施工,要防止水平施工,要防止水平施工缝处发缝处发生生生生滑移。考滑移。考滑移。考滑移。考虑虑了摩擦力的有利影响后,要了摩擦力的有利影响后,要了摩擦力的有利影响后,要了摩擦力的有利影响后,要验验算通算通算通算通过过水平施工水平施工水平施工水平施工缝缝的的的的竖竖向向向向钢钢筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和分布分布分布分布竖竖向向向向钢钢筋不筋不筋不筋不够时够时,可,可,可,可设设置附加插筋,附加插筋在上、置附加插筋,附加插筋在上、置附加插筋,附加插筋在上、
24、置附加插筋,附加插筋在上、下下下下层层剪力剪力剪力剪力墙墙中都要有足中都要有足中都要有足中都要有足够够的的的的锚锚固固固固长长度。水平施工度。水平施工度。水平施工度。水平施工缝处缝处的抗的抗的抗的抗滑移能力宜符合下式要求;滑移能力宜符合下式要求;滑移能力宜符合下式要求;滑移能力宜符合下式要求;第48页/共71页5.7 5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求第49页/共71页5.7.1 轴压比限值 抗震抗震抗震抗震设计时设计时,一、二,一、二,一、二,一、二级级抗震等抗震等抗震等抗震等级级的剪力的剪力的剪力的剪力墙墙底部加底部加底部加底部加强强部位部位部位部
25、位(一般一般一般一般为为塑性塑性塑性塑性铰铰区区区区),其重力荷,其重力荷,其重力荷,其重力荷载载代表代表代表代表值值作用下作用下作用下作用下墙墙肢的肢的肢的肢的轴压轴压比不宜超比不宜超比不宜超比不宜超过过表表表表5.105.10的限的限的限的限值值。截面受截面受截面受截面受压压区高度不区高度不区高度不区高度不仅仅与与与与轴压轴压力有关,而且与截面形状有关。力有关,而且与截面形状有关。力有关,而且与截面形状有关。力有关,而且与截面形状有关。在相同的在相同的在相同的在相同的轴压轴压力作用下,力作用下,力作用下,力作用下,带带翼翼翼翼缘缘的剪力的剪力的剪力的剪力墙墙受受受受压压区高度区高度区高度区
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