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1、剪力墙结构设计步骤 一 剪力墙结构布置 高层第二章 二 剪力墙的计算 高层第五章 三 剪力墙墙肢和连梁的设计 配筋 高层第7章 仅考虑毕业设计中的内容 三级以下剪力墙 可简化为平面计算的剪力墙分类 局部弯矩 整体弯矩 n随着开口的增加 变形逐渐由弯 曲型过渡到剪切型 n洞口不规则墙不能简化为杆件体 系进行计算 壁式框架 剪力墙的尺寸和各部分名称 墙肢高度 悬臂梁跨度 墙肢厚度 不小于160mm 截面宽度bw 连梁高度 连梁宽度 连梁跨度 墙肢长度 不大于8m 截面高度hw 联肢墙为墙段长度 小开口墙为墙肢长度 backback 底部加强区 P 178 n塑性铰区 底部高度等于截面高度的范围 n
2、底部加强区 高规7 1 9 含塑性铰区在内 q底部加强区 max 总高度 8 底层两层高 n对加强区的特殊处理 q适当提高抗剪承载力 q对轴压比有较高的限值 q特殊的构造措施 n如果地下室顶板为上部结构嵌固部位 则剪力 墙底部加强区起算层号中扣除了地下室 地下室顶板作为嵌固部位的若干规定 n地下室顶板作为嵌固部位的条件 q刚度比要求 抗规6 1 14 地下室的抗侧刚度不小于上部结 构刚度的2倍 q地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大 宜小于地下室高度 的1 3 q地下室外墙距离上部结构不宜过远 不大于40 50m n顶板构造要求 楼板不小于180mm 砼强度不小于C30 宜采用双层双向配筋 n此
3、时剪力墙加强区起算层号中扣除了地下室 截面设计原则和措施 延性剪力墙 n墙肢 q1 强墙弱梁 破坏机制 连梁先于墙肢屈服 框架剪力墙结 构中 联系梁同样要弱于剪力墙 q2 强剪弱弯 包括塑性铰区域在内任何区域均不能出现剪切破 坏和锚固破坏 充分发挥抗拉钢筋的延性 q3 限制轴压比 q4 设置边缘构件 q5 尽可能出现大偏压 不能出现小偏拉 q6 剪力墙的破坏形态与剪跨比有关 中 高墙 n连梁 q1 强剪弱弯 连梁也同样要强剪弱弯 q2 抗剪配筋 n配筋形式 交叉斜筋 n大配筋量 q3 连梁尺寸 剪力墙结构设计概要 n一 剪力墙结构布置概要 q结构布置 q尺寸和材料 n二 剪力墙计算过程概要 q
4、组合弯矩计算值 q强墙弱梁调整和强剪弱弯调整 n三 剪力墙截面设计过程概要 q墙肢截面设计 q连梁截面设计 q构造边缘构件 毕业设计中不考虑约束边缘构件 1 双向布置 2 剪力墙布置成T型 L型 I型 3 上下连续 贯穿全高 避免刚度突变 4 左右对称 可减少结构的扭转 5 避免错洞 洞口宜成列布置 成明确的联肢墙 6 不宜太密 大开间 6 8m 宜采用 小开间 3 4m 7 独立墙段长度不能过长 总高度 墙段长度 2 8 各墙肢长度宜均匀 不宜单墙段刚度过大 一 剪力墙结构布置概要 简单 规则 均匀 对称 对楼盖的要求 剪力墙门窗洞到边缘的尺寸要求 n上图中兰框中为门窗洞 n距外纵墙600
5、距外横墙300 距内墙150 两洞间500mm 墙段和墙肢的长度 洞口应设置成弱连梁 跨高比 6 近似形成若干独立墙段 非墙肢 剪力墙中的钢筋 n竖向 端部钢筋和竖向分布钢筋共同抗弯 q端部钢筋类似梁上 下的纵向受力钢筋 需经抗弯承载力验算获得 q竖向分布钢筋按构造配筋 同时也参与抗弯 n水平 水平分布钢筋抗剪 需通过斜截面抗剪承载力计算确定 拉筋 箍筋 水平 横向 分布筋 抗剪 竖向分布筋 抗弯 backback 端部纵筋 竖向抗弯 边缘构件 剪力墙中的钢筋 n抗震要求不能单排配筋 厚度大时 中间素混凝 土过后 可设三排甚至更多 n竖向分布钢筋象梁的腰筋 水平分布钢筋象柱的 箍筋 但是计算结
6、构承载力时要考虑分布钢筋 n墙端部有边缘构件 旨在提高端部混凝土的抗压 能力 剪力墙的两类边缘构件 P 189 191 n边缘构件 暗柱 端柱 翼墙 转角墙 q约束边缘构件 三 四级剪力墙不需要设置 q构造边缘构件 毕业设计中仅考虑此类构件 n作用 提高墙肢端部混凝土极限压应变 改 善剪力墙的延性 剪力墙尺寸和材料墙肢最小厚度 n160mm是最小的可能厚度 n电梯井墙肢厚度不宜小于160mm n剪力墙墙肢混凝土强度 C20 n每一个墙肢长度不大于8m n剪力墙墙肢钢筋 q分布筋 箍筋HRB235 I级 q其它HRB335 II级 h 层高 backback 二 剪力墙计算过程概要 1 各片剪力
7、墙荷载的计算 q竖向荷载 按受荷面积 从属面积 无弯矩和剪力 q水平荷载 按等效抗弯刚度分配到各墙肢 2 各片剪力墙在分得的荷载作用下的内力和位移计算 q整截面墙和整体小开口墙 材料力学方法 q联肢墙 双肢墙 连续化方法 q壁式框架 带刚域D值法 3 内力组合 1 轴力和弯矩设计值 偏心受压构件 组合方法与框架柱相同 2 剪力设计值 只考虑水平荷载产生的剪力 4 调整获得内力设计值 q墙肢 强剪弱弯调整 比较 框架柱需要进行强柱弱梁调整 q连梁 强墙弱梁调整 强剪弱弯调整 q边缘构件设计 剪力墙墙肢内力计算方法一览 恒活风震 轴力均布荷载 按负荷面 积分配 结构计算结构计算 弯矩00结构计算结
8、构计算 剪力00 非抗震设 计时计算 抗震设计 多遇地震 n四种荷载分别计算对应的内力 n以上 结构计算 指采用整体墙 联肢墙 壁式 框架等的计算方法进行计算 剪力墙在竖向荷载作用下内力计算 n各片剪力墙单独计算 不考虑结构连续性和各结构单 元及各剪力墙的协同工作 n墙肢轴力由竖向荷载引起 弯矩和剪力为零 n竖向荷载 墙负荷范围内的永久和可变荷载 q各层楼面荷载 三角形或梯形分布或集中荷载 q剪力墙自重 均布荷载 q注1 此方法与楼面传给梁的荷载计算方法类似 q注2 本方法仅适用现浇楼盖 q注3 联肢墙的墙肢受力 以洞口中线分界 q注4 计算墙肢自重重力荷载时 要扣除门窗洞 水平荷载效应计算概
9、要 n整体墙 高层P 106 内力直接按静力计算 位移 q引入等效抗弯刚度考虑剪切变形后 采用悬臂梁公式 q有洞口时 引入折算惯性矩和折算面积 n整体小开口墙 按静力计算的内力 弯矩剪力和轴 力 按刚度等在墙肢中分配 n联肢墙 连续连杆法计算 n壁式框架 用普通框架的D值法 有三点不同 1 需要用新公式计算梁柱的线刚度 2 需要用壁梁和壁柱的线刚度计算D值 3 需要进一步修正反弯点高度和梁柱刚度比 注 抗震教材中P 168 180给出了框架剪力墙结构水平 荷载内力计算的全过程 剪力墙分类和计算方法 整体小开口墙的内力计算公式 n整体小开口墙的墙肢弯矩由整体弯矩和局部弯矩组成 1 墙肢弯矩 2
10、墙肢轴力 3 墙肢剪力 按墙肢截面积和惯性矩的平均值进行分配 外荷载对于剪力墙截面的总剪力 连续连杆法 计算步骤 n设有k个连梁 k 1个墙肢 双肢墙k 1 n设置x坐标系原点 原点在顶层 方向向下 n1 计算各种参数 q1 几何参数 各墙肢 连梁的截面面积和惯性矩 q2 刚度参数 墙梁刚度比 连梁和墙肢等效刚度 q3 影响系数 轴向变形影响系数 剪切影响系数等 q4 整体系数 和 1 n2 利用1 计算连杆约束弯矩m n3 利用2 计算连梁剪力和弯矩 P 76 n4 利用1和3 计算墙肢中的内力和位移P 76 内力设计值选取 高层7 2 1节 n两种组合 有 无地震作用 n内力设计值 组合最
11、不利内力或调整后的内力 n控制截面 q墙底截面 弯矩最大 底部加强区 高度 截面高度 q尺寸 厚度 改变处截面 q材料改变的截面 混凝土强度等级和 或钢筋配筋 n强剪弱弯调整 增加剪力的组合设计值 n强墙弱梁调整 减小连梁弯矩设计值 抗震要求的调整 组合以后 n基本思想 获得内力的组合值以后 再根据强 剪弱弯 强柱 墙 弱梁等要求得到调整后的内 力设计值 用于设计 n剪力墙要求的调整 q墙肢 强剪弱弯调整 q连梁 强墙弱梁 降低连梁弯矩 强剪弱弯调整 n框架要求的调整 比较 q框架柱 强柱弱梁 降低柱弯矩 强剪弱弯调整 q框架梁 强剪弱弯调整 梁和柱均需要调整 backback 强剪弱弯调整
12、增加剪力的组合设计值 n乘以放大系数以后 剪力设计值已经增大了 夸大了困难 增加了安全性 n弯矩并没有增大 间接实现了强剪弱弯 底部加强部位墙 肢最不利组合的 剪力设计值 底部加强部位墙 肢的剪力设计值 墙肢剪力放大系数 一 二 三 四级分别 为1 6 1 4 1 2 1 0 三 剪力墙截面设计过程概要 1 已知墙肢 连梁内力设计值 组合 调整后的结果 2 按轴压比校核墙肢截面尺寸和混凝土等级 q最后还要验算墙肢剪压比 7 20 连梁剪压比 7 26 q验算轴压比 表7 3 确定是否应设置边缘构件 q根据构造要求初定两种分布钢筋的层数 直径和间距 3 判断墙肢属于大 小 偏心受压 7 1 4
13、正截面 设计 确定端部纵筋截面面积 定钢筋数与直径 5 斜截面设计 用初选水平分布钢筋验算抗剪承载力 7 18 6 对约束边缘构件计算确定体积配箍率 7 22 7 连梁设计 q连梁抗弯计算决定主筋 7 24 q连梁抗剪计算决定箍筋配筋 7 25 轴压比限值 n N fc A n轴压比过大则剪力墙的延性会过小或消失 n需要限制剪力墙底部加强部位的轴压比 由于剪力墙是片状 的 受力性能不如柱 所以其轴压比限值要比柱严格 n重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比需满足要求 因为地震 作用组合中采用重力荷载代表值 n在轴压比超过一定限度以后 对一 二级剪力墙还需要设置 约束边缘构件 轴压比 n N fcA一
14、级 9度 一级 7 8度 二级 墙肢轴压比限值0 40 50 6 需设约束边缘构件限值0 10 20 3 backback 墙肢的剪压比 n墙肢截面需满足以上剪压比要求 n如果不满足要求 则应该提高截面面积或混凝土强度等级 墙肢设计的内容 确定配筋和构造 n设计中将竖向 水平分布筋功能分开考虑 q竖向分布筋抗弯 水平分布筋抗剪 q竖向分布钢筋同样有抗剪作用 这里作为安全储备 间接实现强剪弱弯 n正截面承载力计算 确定端部钢筋面积 q按柱纵筋计算类似方法 对称形 截面形状 不同点 n按配筋率等构造要求给定竖向分布钢筋面积 n端部钢筋计算时 需在减去竖向分布钢筋的抵抗弯矩 n需考虑边缘构件的配筋率
15、构造要求 计算时不计边缘构件 n斜截面承载力计算 确认水平分布钢筋面积 q强剪弱弯调整 然后验证水平分布钢筋满足要求 n墙肢的构造要求 大偏压对称配筋计算 分别为受拉区端部钢筋 受压区 端部钢筋和竖向分布钢筋的截面面积 已知 内力设计值N M 混凝土的轴心抗压强度fc 竖向分布钢筋的截面面积Asw和抗拉强度设计值fyw 端部钢筋的抗拉强度设计值fy 求得名义受压区高度 端部 钢筋 端部钢筋抵抗弯矩 墙肢弯矩设计值小于截面抵抗弯矩设计表达式 1 分布钢筋抵抗弯矩 2 端部钢筋总面积 3 分布钢筋按 构造配筋 竖向分布钢筋 总截面面积 竖向分布钢筋抗 拉强度设计值 端部钢筋抗拉 强度设计值 斜截面
16、验算 确认按构造要求的水平分 布钢筋面积和间距满足要求 墙肢腹 板厚度 腹板有 效高度 水平分布 钢筋总面积 水平分布 钢筋间距 砼抗拉强 度设计值 无地震作 用组合 有地震作 用组合 backback 分布钢筋最小配筋率和最大间距要求 n钢筋直径不宜大于墙厚度的1 10 粘结力要求 backback 按此处的构造要求初定两者 构造边缘构件P 191 n设置要求 三 四级剪力墙的底部加强区需设置边缘构件 n构造边缘构件的尺寸见上图 其中面积Ac是配筋的依据 n底部加强部位用箍筋 其它部位用拉筋 转角处宜用箍筋 n非抗震设计时 墙端也要设置至少4根纵向钢筋 并配拉筋 n暗柱及短柱的纵向钢筋的搭接和锚固要求与框架柱相同 构造边缘构件配筋 n配筋需要满足下表 最低要求 n下表是初定端部钢筋的依据之一 n需通过计算使之满足承载力要求 它们是端部钢筋 Ac 构造边缘构件的构造要求 连梁设计过程 n验算剪压比限值 确认截面尺寸和材料 n强墙弱梁调整采用以下两种方法之一进行 q结构计算前低连梁刚度 实现了强墙弱梁 q结构计算后 弯矩组合值乘以折减系数 不小于0 8 n强剪弱弯调整得到剪力的设计值 n
