第5章剪力墙结构设计课件

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1、1,第5章 剪力墙结构设计,2,第一节 剪力墙结构概念设计 剪力墙是一种抗侧力结构，其突出优点是：能提供较大的侧移刚度。 剪力墙的厚度薄，必须依靠各层楼板支撑，才能保持平面外的稳定。 为了能够协同工作，以及受楼板经济跨度的限制，剪力墙之间的间距一般为38m。空间布置不够灵活。,3,一、剪力墙结构的受力变形特点 1、水平荷载作用下的受力变形特点 剪力墙截面内力：弯矩、剪力 ； 剪力墙截面变形：弯曲型变形、剪切型变形。 根据剪力墙的高宽比大小划分为: 高墙（H/bw2） 以弯曲型变形 为主； 中高墙（H/bw=12）； 矮墙（H/bw1）以剪切型变形为主。,4,2、剪力墙的破坏特征 弯曲破坏、剪切

2、破坏、滑移破坏。,5,在剪力墙上开洞可改善剪力墙的受力变形特征 增加剪力墙的高宽比，由受弯承载力决定破坏状态； 使剪力墙变为多道设防的体系。 二、剪力墙的结构布置 1、最大适应高度和高宽比限制（整体抗倾覆稳定性要求），参见附表8.25附表8.28；,6,2、结构平面布置 （1）避免仅单向布置剪力墙，应双向或三向布置； 剪力墙墙肢宜简单、规则； 单片剪力墙的长度不宜过大（8m)： 侧向刚度大，分配得到的水平力大； 易形成矮墙，延性差。,7,（2）不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构 柱子 hc/bc4 短肢剪力墙 hw/bw=48 (hw300) 一般剪力墙 hw/bw8 短肢剪力墙较多时，应布

3、置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合下列规定：,8,一、二、三级短肢剪力墙的轴压比底部加强部位0.45、0.5、0.55；一字形短肢剪力墙再减0.1;其他部位0.5、0.55、0.6。 除底部加强部位的短肢剪力墙应按高层规程第7.2.6条调整剪力设计值外，其他各层一、二级短肢剪力墙的剪力设计值应分别乘以1.4和1.2的增大系数。 短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率，底部加强部位1.0%，其他部位0.8%。 短肢剪力墙厚度180。,9,短肢剪力墙的边缘构件应符合高层规程要求。 不宜采用一字形短肢剪力墙，不应在一字形短肢剪力墙布置平面外与之

4、相交的单侧楼面梁。,10,（3）剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。 宜避免使墙肢刚度相差悬殊（小墙肢）的洞口设置。,11,错洞墙：一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不宜采用； 其他情况如无法避免，应注意： 错洞墙洞口的水平距离2m； 按弹性平面有限元方法进行应力分析，按应力进行配筋； 洞口周边加强有效的构造配筋；,12,13,14,15,16,叠合错洞墙：一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用。 （4）较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁（Ln/h6)连接，每个独立墙段的H/hw2。墙肢截面高度hw8m。（目的：保证墙肢的

5、延性，受弯产生的裂缝宽度小，靠近中性轴的分布钢筋能充分发挥其强度）。,17,（5）控制剪力墙的数量 采用大开间剪力墙（间距为6.07.2m）比采用小开间剪力墙（间距为3.03.9m）的效果好。以高层住宅为例：小开间剪力墙的墙截面面积约占楼面面积的8%10%，而大开间剪力墙的墙截面面积约占楼面面积的6%7%。 合理刚度的判断：自振周 T=(0.050.06)n 结构的侧移,18,结构刚度的调整：适当减小剪力墙的厚度； 降低连梁的高度； 增大门窗洞口的宽度； 墙肢开洞,19,3、结构竖向布置 （1）竖向连续，上应到顶，下要到底。 剪力墙沿高度厚度每次减小宜50100mm（宜两侧同时内收（除外墙，电

6、梯井外），厚度改变和混凝土等级的改变宜错开楼层； （2）剪力墙截面变化时宜两边同时收，以尽量减少偏心。外墙和电梯井壁可单面内收；,20,(3)剪力墙的洞口宜上下对齐，成列布置，使剪力墙形成明确的墙肢和连梁； (4)避免形成小墙肢，要求墙肢hw/bw3且hw500mm；试验表明：在反复荷载作用下，小墙肢比大墙肢早开裂、早破坏，即使加强配筋，也难以防止小墙肢的早期破坏；,21,22,（5）刀把形剪力墙的受力复杂，应力集中明显，不利抗震，应十分慎重采用。,23,（6）底部加强部位的高度 一般剪力墙结 ， 取 部分框支剪力墙结构，取 当计算时的嵌固端在地下一层以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。,

7、24,三、剪力墙最小厚度及材料强度选定 1、剪力墙的材料 不应低于 C20 不应低于 C25（筒体、短肢剪力墙） 2、剪力墙最小厚度 为了保证出平面的刚度和稳定性做出的要求。,25,剪力墙最小厚度,26,当墙厚不能满足上述要求时，应按高层建筑混凝土结构技术规程附录D计算墙体的稳定； 剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于160mm。,27,四、剪力墙设计计算要点和程序框图 1、剪力墙设计要点 (1)平面布置时质量中心和刚度中心尽可能接近，主轴方向刚度和动力特性接近； (2)剪力墙数量布置需保证剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩结构总底部地震倾覆力矩的50%。,2

8、8,(3)应控制单片剪力墙的长度，一般8m。剪力墙较长时，宜设置连梁跨高比6的洞口，分为较均匀的墙肢，各墙段的高宽比3； (4)应控制剪力墙平面外的弯矩 当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应至少采取以下措施中的一个措施，减小梁端部弯矩对墙的不利影响： 沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙，墙厚梁宽；,29, 当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱。其宽度梁宽，墙厚可计入扶壁柱的截面高度； 当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置暗柱，截面高度取墙厚，截面宽度梁宽及4倍墙厚； 暗柱或扶壁柱的竖向钢筋，按计算确定，且非抗震0.6%；一、二、三和四级分别1.0%、0.8

9、%、0.7%和0.6%； 楼面梁纵向钢筋锚固在暗柱或扶壁柱要求同框架梁；,30,暗柱或扶壁柱内应设置箍筋，要求同框架梁。 (5)抗震设计时，除底部加强部位应调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2；短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0；,31,2、设计及算程序框图,根据高宽比限值确定剪力墙结构三维几何参数,剪力墙平面布置,剪力墙厚度初选,计算单元选取,竖向荷载作用下内力计算,水平荷载作用下的内力和位移计算,荷载效应组合,承载力设计,构造处理,32,第二节 剪力墙结构的内力和侧移的简化近

10、似计算 一、基本假定 （1）竖向荷载在纵横向剪力墙平均按450刚性角传力； （2）每片剪力墙仅在自身平面内提供侧向刚度，在平面外的刚度为零； （3）平面楼盖在平面内刚度无限大，在平面外的刚度为零； （4）材料处于线弹性阶段。,33,二、竖向荷载作用下的内力计算 竖向荷载按剪力墙受荷面积传递到墙，墙肢主要产生轴向力； 竖向荷载使连梁产生弯矩、剪力； 集中荷载作用时要验算局部承压力，可按均布荷载计算集中力对墙肢的影响；,34,35,三、水平荷载作用下的计算单元和计算简图 简化为纵横两个方向的平面结构进行内力计算，并考虑另一个方向的部分墙肢作为翼缘参与工作 剪力墙的有效翼缘宽度按表5.5的较小值取用

11、； 按剪力墙间距计算： 按翼缘厚度计算： 按门窗洞口计算：,36,37,38,四、水平荷载的分配 当结构不产生扭转的时候，总剪力按各片剪力墙的刚度大小向各片墙分配： (5.1) Vpj由水平荷载产生的第j层的总剪力； EiJeqi 第i片墙的等效抗弯刚度。,39,五、平面剪力墙分类及受力特点 高层建筑中的剪力墙结构,实际上是一个悬臂结构，它的受力和变形情况随剪力墙上所开洞口的大小、形状和位置的不同而变化。为了简化计算，通常根据所开洞口的大小，即洞口系数，将剪力墙进行分类： 洞口系数=（墙面洞口面积/ 墙面不计洞口的总面积）*100%。,40,41,42,六、整体墙的内力和位移计算 1、判别条件

12、： 洞口系数15%，且洞净距及洞至墙边净距 洞的长边。,43,2.整体墙的等效简化处理方法 等效截面面积 ： Aq=0 A （5.3) A无洞口处截面面积 0 洞口削弱系数 A0剪力墙立面总墙面面积； Ad剪力墙立面洞口总面积；,44,45,等效惯性矩Jq： （5.5) n总分段数,46,3、整体墙顶点侧移计算 计算位移时,要同时考虑弯曲变形和剪切变形的贡献。 将上式写成只考虑弯曲变形 时的形式，则得,47,剪力墙的等效抗弯刚度： （5-7a） 统一取： （5-7b）,48,七、小开口整体墙的内力和位移计算 1.小开口整体墙的内力特点 （1）截面正应力基本上是直线分布，局部弯矩不超过总弯矩的1

13、5%；即墙肢的弯矩Mj写成 其中 (5.8) （2）在大部分楼层上，墙肢没有反弯点； 2.小开口整体墙的判别条件 10 及 JA/JZ 或 JA/JZi,49,50,整体系数的计算： 多肢墙： （5.10) 双肢墙： （5.11) 其中,51,T轴向变形影响系数，对双肢墙T=JA/J ; Z、Zi系数，与及层数有关， (1)当各墙肢及连梁都比较均匀时，由表5.7查得； (2)当各墙肢相差较大时，由表5.8查得S，再按式（5.12)计算： （5.12),52,连梁的折算惯性矩。 第i列连梁的计算跨度的一半， 第i列连梁相邻墙肢中性轴距离的一半； k连梁的列数，k+1墙肢数；,53,3、小开口整体

14、墙的内力和位移计算 （1）墙肢 弯矩和轴力： （5.13) 、 第i个墙肢在x截面处 的弯矩和轴力； Mp(x)x截面处 的外力引起的弯矩； Ai、Ji、yi第i个墙肢的截面面积、惯性矩和截面形心到组合截面形心的距离；,54,墙肢剪力： （5.14) 对个别不满足 JA/JZi 的墙肢 （小墙肢），弯 矩要进行修正： (5.15),55,（2）连梁 连梁的剪力=上、下层墙肢轴力之差； 连梁的弯矩由连梁的剪力求得。 （3）顶点位移计算： 顶点位移由式（5.6)1.2 等效抗弯刚度由式（5.7)1.2,56,八、双肢墙和多肢墙的内力和位移计算 1.基本假定： （1）墙肢刚度比连梁刚度大得多，连梁的

15、反弯点在跨中； （2）两墙肢的位移曲线相同，同一标高上水平位移和转角相同； （3）沿竖向刚度与层高不变；（取加权平均值）； (4)梁考虑弯曲和剪切变形，墙肢考虑弯曲和轴向变形。,57,（1）连续连杆法的基本思路和基本方程： 将每一楼层处的连梁假设为均布在该楼层高度内的连续连杆，用连杆切口处的变形协调条件建立(x)的微分方程，解出连杆剪力(x)。 计算简图如下：,58,59,60,61,连杆切口处的变形协调条件： 1(x)+ 2(x)+ 3(x) =0 (5.16) 1(x)墙肢弯曲变形产生的相对位移 1(x)= - 2Cm(x) （5.17),62,墙肢弯曲变形产生的相对位移,63, 2(x) 墙肢轴向变形产生的相对位移 (5.18),64,墙肢轴向变形产生的相对位移,65, 3(x) 连梁弯曲变形和剪切变性产生的相对位移,66,将1(x)、2(x)、3(x) 的表达式代入公式（5.16），并引入参数:,67,得到以(x）为未知量的微分方程： 再引入参数 作变量代换,68,则上述微分方程成为： 上式就是双肢墙的基本方程。,69,为了方程简化，引入无量纲的变量：=x/H，且令连梁对墙肢的约束弯矩(连梁两端弯矩之和)为 则上述微分方程简化成,70,写出上述方程的全解，应