《高层建筑结构设计PPT电子课件教案-第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑结构设计PPT电子课件教案-第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计,唐 兴 荣 教 授、博 士 苏州科技学院土木工程学院 二一二年二月,内容提要 一、悬臂剪力墙 剪力墙的破坏形态（剪跨比、轴压比） 弯曲破坏剪力墙延性的影响因素 剪力墙塑性铰区和加强部位 剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值 剪力墙的剪切破坏类型和平面外折断 低矮剪力墙（高度H与截面高度hw比值1） 短肢剪力墙（截面高度hw与厚度tw比值=58）,二、联肢剪力墙 联肢剪力墙的内力分布规律、裂缝分布和破坏形态 连梁对联肢剪力墙弹塑性性能的分析 三、剪力墙墙肢的加强措施 剪力墙截面最小厚度 强剪弱弯 剪压比限值 约束边缘构件与构造边缘构件 分布钢筋 剪力墙平面外受力
2、和平面外折断 四、连梁的延性和设计概念 连梁的跨高比及破坏状态 连梁的设计措施 交叉斜撑配筋连梁,第一节 悬臂剪力墙,一、剪力墙的破坏形态 在竖向和水平荷载作用下，悬臂剪力墙破坏形态： 弯曲破坏（大偏心受压破坏、小偏心受压破坏）, 弯剪破坏, 剪切破坏, 滑移破坏,实际工程中这种破坏很少见，可能位置发生在施工缝处,二、受弯剪力墙延性的影响因素 受压区相对高度小，截面延性大 翼缘对剪力墙延性的影响 翼缘越大，延性越大。有翼缘可减小受压区高度，延性较好。端部有柱的截面延性最好。 轴向力对剪力墙延性的影响 轴向力加大时，受压区相对高度大，延性降低 分布钢筋对剪力墙延性的影响 分布钢筋配筋率高，受压区
3、高度加大，对弯曲延性不利，但可以提高承载力，防止脆性破坏 端部配筋对剪力墙延性的影响 大多数剪力墙截面为对称配筋，受压区很小，端部配筋数量对延性的影响不大，但可提高承载力 混凝土强度对剪力墙延性的影响 提高混凝土强度等级，可减小受压区高度，也可提高延性，但对承载力影响不大,三、剪力墙的塑性铰区和加强部位 底部截面弯矩最大塑性铰区（一般小于或等于剪力墙截面高度hw） 剪力最大交叉斜裂缝 塑性铰区应采取加强措施 剪力墙的加强部位 GB50011-2010规定,一般剪力墙结构底部加强部位的高度: 房屋高度大于24m时，取（墙肢高度的1/10、底部两层）max； 房屋高度不大于24m时，取底部一层。
4、由于地震波的不确定性和结构高振型的影响，地震波作用下进行动力分析所得的弯矩和剪力分布规律与静力计算结果有所不同, 结论 当截面的受弯钢筋减少而屈服弯矩逐渐减小时，剪力和弯矩包络线都逐渐减小； 剪力包络线向外弯曲，弯矩包络线接近直线，它们沿高度的分布规律与静力分析结果不同，各截面的最大内力值都已超过弹性静力分析结果。,(20层悬臂剪力墙（截面抗弯钢筋沿高度不变）结构在El-Centro地震波作用下弹塑性地震反应分析得到的弯矩和剪力包络图)., 预期悬臂墙底截面出塑性铰时，用于截面配筋的设计弯矩图至少取直线，理想最小承载力包络线应图a所示。规范要求抗震等级为一级的剪力墙按图b确定的各截面的弯矩设计
5、值。,四、剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值 随着建筑高度的增加，剪力墙墙肢的轴压力也增加，其延性降低。为保证剪力墙的延性，避免截面上的受压区高度过大而出现小偏压情况。, 计算墙肢轴压比时，轴压力设计值N取重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值, 规范的轴压比限制不区分截面形式，实际应用中，还是应当考虑到截面形式的影响, 需要限制轴压比的截面主要是在剪力墙的加强部位，通常取底截面进行验算, 在剪力墙底部加强部位设置边缘构件是提高剪力墙延性等抗震性能的重要措施，边缘构件要求与轴压比有关。,五、剪力墙的剪切破坏类型和平面外错断 剪力墙平面内的剪切破坏类型： 剪拉破坏 配置抗剪分布钢筋不足 剪压破
6、坏 配置足够抗剪分布钢筋 剪切滑移破坏 截面剪切应力过高，即使配置了许多分布钢筋，在未发挥作用前，混凝土压碎 为防止脆性破坏，重点加强部位是剪力墙底部塑性铰区，措施： 为避免脆性的剪切破坏，应按照强剪弱弯的要求设计剪力墙墙肢。规范：剪力墙加强部位的剪力设计值V增大,9度的一级可不按上式调整，但应符合下式要求：, 限制剪力墙截面的平均剪应力（剪压比）,有地震作用组合时, 设计有翼缘的剪力墙，避免设计一字形截面的剪力墙 当轴压比较高时，在墙肢边缘应力较大的部位用端部竖向钢筋和箍筋组成暗柱或明柱 边缘构件（约束边缘构件、构造边缘构件） 当边缘的压应力较高时，采用约束边缘构件，其约束范围大，箍筋较多，
7、对混凝土的约束较强 当边缘的压应力较小时，采用构造边缘构件，其箍筋较少，对混凝土的约束较差,设置约束边缘构件和构造边缘构件的轴压比要求, 约束边缘构件的范围是剪力墙截面端部轴压应力较大的部位，我国规范直接给出了约束范围，并将此规范分为两部分：靠近端部边缘部分的应力最大（图中阴影部分），箍筋数量要求多、要求高；靠内的部分应力减小，箍筋要求降低一些, 剪力墙约束边缘构件的范围及配筋要求见GB50011-2010表6.4.5-3, 构造边缘构件（图示）的配筋范围和配筋数量均小于约束边缘构件., 剪力墙构造边缘构件的配筋要求见GB50011-2010表6.4.5-2, 在开洞剪力墙中洞口边是否要设置约
8、束边缘构件，应根据应力分布规律确定。, 剪力墙洞口小连梁跨高比小，墙肢应力分布接近直线，端部约束构件的长度可按全截面计算，洞口边缘处应力不大，不需设置约束边缘构件。, 开洞剪力墙洞口大连梁跨高比大，墙肢的应力分布锯齿性明显，洞口边应力可能很大，需要设置约束边缘构件，其长度可按一个墙肢计算, GB50011-2010修订主要内容： 将设置约束边缘构件的要求扩大至三级剪力墙； 约束边缘构件的尺寸及其配箍特征值，根据轴压比的大小确定。 对于底部加强区以上的一般部位，带翼缘时构造边缘构件的总长度改为矩形端相同，即不小于墙厚和400mm；转角墙在内侧改为不小于200mm。在加强部位与一般部位的过渡区（可
9、大体取加强部位以上与加强部位的高度相同的范围），边缘构件的长度需要逐步过渡。,六、低矮墙,(2) 底部大空间结构中落地剪力墙的底部, 低矮剪力墙 剪切破坏,新西兰坎特伯雷大学T.Paulay教授作一组低矮剪力墙试验, 防止出现脆性破坏的主要措施：限制名义剪应力、加大抗剪钢筋, 在多层和高层现浇钢筋混凝土结构中，采用宽度和高度接近的墙体，一般应沿墙体长度方向将墙“切断” 在剪力墙中开大洞，保留一个“弱连梁”，或仅有楼板作为个墙肢的联系。,带竖向缝槽低剪力墙(H/L1), 唐兴荣,蒋永生,丁大钧,一种新型低剪力墙的试验研究,东南大学学报,1994,24(3):53-58, 唐兴荣,蒋永生,丁大钧,
10、 软化桁架理论在钢纤维高强混凝土低剪力墙中的应用,建筑结构学报,1993,14(2):2-11,七、短肢剪力墙 一般剪力墙 墙肢截面高度hw与厚度bw之比大于8的剪力墙 短肢剪力墙 墙肢截面高度hw与厚度bw之比为5 8的剪力墙 (1997年容柏生院士首次提出 ) 异形柱 柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在24,思考题: 为什么高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构？当采用短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构时，应满足那些规定？,短肢剪力墙（截面高厚比hw/bw=6）,RCSW-1,SRCSW-2、SRCSW-3、SRCSW-4,SRCSW-5,第二节 联肢剪力墙
11、,一、联肢剪力墙的内力分布 由连续化方法得到的联肢剪力墙的内力计算公式：,联肢墙截面应力的分解, 公式的物理意义 联肢剪力墙截面的应力= 整体弯曲应力组成每个墙肢的部分弯矩及轴力（相应式中的第一项） + 局部弯曲应力组成另一部分弯矩（没有轴力）（相应式中的第二项） 系数k k表示两部分弯矩的百分比，k越大，则整体弯曲应力较大，局部弯曲应力较小，截面上总应力分布更接近直线。可能一个墙肢完全为拉应力，另一个墙肢完全为压应力，墙肢的轴向力较大而弯矩较小。, 在倒三角形荷载作用下，k值计算公式：,由连续化分析法得到的连梁剪力：,二、联肢剪力墙的裂缝分布和破坏形态 连梁的裂缝分布和破坏形态 当连梁跨高比
12、较大时，连梁以弯为主，梁端可能出现塑性铰，最后发生弯曲破坏。 当连梁跨高比不大（ll/hb2）,梁端易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，出现剪切破坏；也可能是弯曲屈服后的剪切破坏。 墙肢的裂缝分布和破坏形态 墙肢可能出现弯曲破坏或剪切破坏，墙肢内力分布和破坏形态与连梁刚度和连梁承载力有密切关系 探讨开洞对剪力墙内力分布和延性的影响（清华大学） 三片开洞不同的剪力墙模型（7层）（连梁和墙肢按强剪弱弯设计） S-1A（二排洞口）：有较多连梁钢筋达屈服，连梁裂缝较多而墙肢水平裂缝宽度较小。刚度小，塑性变形大，延性很好。 S-2（一排洞口）：连梁上有很细的裂缝但钢筋没有屈服，底截面和二层底
13、截面都出现水平裂缝。其刚度与塑性变形基本与整体悬臂墙相同。 S-3（没有洞口）：底部出现一条水平裂缝，破坏时裂缝宽度最大达20mm，边缘受拉钢筋被拉断。, 探讨连梁配筋不同对剪力墙内力分布和延性的影响（清华大学） S-5（配筋率0.24%）：较多的连梁钢筋屈服，墙肢上裂缝少而细，剪力墙的刚度较小而塑性变形较大。 S-6（配筋率介于S-5与S7之间） S-7（配筋率0.62%）：连梁钢筋没有屈服，墙肢裂缝较多而粗，剪力墙的承载力较高而塑性变形较小。 连梁刚度较大，或配筋较多而连梁不屈服，都有可能使开洞剪力墙的性能趋于悬臂臂力墙，对于实现超静定结构和提高剪力墙的延性是不利的。,三、连梁对联肢剪力墙
14、弹塑性性能影响分析 美国伯克利加州大学双肢剪力墙模型试验： 15层双肢剪力墙（按美国规范设计），试验模型取底部4层，顶部施加的弯矩、轴力及剪力模拟了15层结构中传到底部4层的荷载。 试验现象 实测的刚度和承载力都大大超过设计时预期的刚度和破坏荷载； 受压墙肢的剪压破坏现象 一个墙肢出现轴拉力，另一墙肢轴压力大大超过设计值，由于墙肢轴向力增大而使受弯承载力增加。 思考题 试验时如何正确模拟模型顶部施加的荷载与实际结构相一致？分析出现上述现象的原因。, 当墙肢相同且连梁不被剪坏的条件下，连梁的弹性刚度对双肢剪力墙的初始刚度影响较大；连梁的配筋和抗弯承载力对双肢剪力墙的最大承载力影响很大，对墙肢中的
15、轴力影响很大。 原因：, 连梁的弯矩大，剪力就大，连梁剪力直接影响墙肢轴力，当连梁截面及配筋加大时，受拉墙肢拉力增大，甚至超过重力作用下的轴压力而使墙肢受拉，从而出现贯通水平裂缝。受压墙肢轴向压力加大而提高墙肢的抗弯承载力。, 受压墙肢出现剪压破坏？,在弹性阶段，受压墙肢与受拉墙肢的剪力相等。 受拉墙肢屈服后刚度降低，出现内力重分布，受压墙肢的剪力直线增加，直至其竖向钢筋也屈服，受压墙肢剪力下降一个过程后逐步稳定，然后受压墙肢的剪力又重新上升，直到破坏。,三、剪力墙墙肢的加强措施 1、剪力墙截面的最小厚度 剪力墙最小厚度稳定要求的厚度楼层高度和无支长度两者中的较小者控制,h-层高或剪力墙无支承长度二者中的较小值,（不宜小于）剪力墙截面的最小厚度（mm）,2、强剪弱弯 3、剪压比限制 4、约束边缘构件与构造边缘构件 5、分布钢筋（竖向和横向分布钢筋）, 为避免墙表面的温度收缩裂缝，墙肢分布钢筋不允许采用单排配筋，一般采用双排配筋。当截面厚度较大时，为了使混凝土均匀受力，可采用多排配筋，多排分布钢筋之间设置拉筋。,6、剪力墙平面外受力和平面外弯曲 剪力墙平面外错断破坏 主要发生在没有侧向支承的剪力墙中，错断通常发生在一字形剪力墙中的塑性铰区，当混凝土在反复荷载作用下挤压破碎形成一个混凝土破碎带时，在竖向重力荷载作用下，钢筋和箍筋几乎没有抵抗平面外墙错断的能力，易发生平面外错断破坏
