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1、第6章 高层剪力墙结构设计,6.1 一般规定, 剪力墙应双向或多向布置。抗震设计时，高层建筑不应采用全部为短肢的剪力墙。 较长的剪力墙可用楼板（无连梁）或弱的连梁分为若干独立墙段，每个独立墙段的总高度与长度之比不宜小于3，墙肢截面高度不宜大于8m。 剪力墙墙肢截面宜简单规则，门窗洞口宜上下对齐。 跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。, 剪力墙的混凝土强度等级不应低于C20，短肢墙筒体结构的 混凝土强度等级不应低于C25。剪力墙厚度应满足：一、二级抗震时：底部： ，其他部位： ， ；无端柱或翼墙时：底部： ，其他部位： ， ；三、四级抗震时：底部： ，其他部位： ， ；,可近似按每层10mm初估
2、。剪力墙截面总面积与露面面积之比大约为：小开间(34m): 大开间(78m): 基本周期： （n为建筑物层数）, 抗震设计时，剪力墙的底部应加强。 楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的梁上。 当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时， 可沿楼面梁轴线方向设置扶壁柱（见下图）或暗柱。,注：采用400MPa、500MPa级钢筋时，表中数值分别增加0.05和0.10。,暗柱、扶壁柱纵向钢筋的构造配筋率,6.2 分类及判别方法,6.2.1 剪力墙分类,1按墙肢截面长度与宽度之比分类,异形柱;,小墙肢短肢剪力墙;,短肢剪力墙;,普通剪力墙。,异形柱形式（柱宽等于墙厚）：,2按墙面开洞情况分类,(1)
3、 整截面剪力墙,不开洞或开洞面积不大于15%的墙为整截面剪力墙。受力特点：如同一个整体的悬臂墙。在墙肢的整个高度 上，弯矩图既不突变，也无反弯点。变形以弯曲型为主。,(2) 整体小开口剪力墙,开洞面积大于15%但仍较小的墙为整体小开口剪力墙。受力特点：弯矩图在连系梁处发生突变，但在整个墙肢高度 上没有或仅仅在个别楼层中才出现反弯点。整个剪力墙的变形仍 以弯曲型为主 。,(3) 双肢及多肢剪力墙,开洞较大、洞口成列布置的墙为双肢或多肢剪力墙。受力特点：与整体小开口墙相似。,(4) 壁式框架,洞口尺寸大，连梁线刚度大于或接近墙肢线刚度的墙为壁式框架。受力特点：柱的弯矩图在楼层处有突变，而且在大多数
4、楼层中都出现反弯点。整个剪力墙的变形以剪切型为主，与框架的受力相似。,6.2.2 剪力墙类型判别方法,根据整体性系数 ，墙肢惯性矩的比值 以及楼层层数确定。,整体系数, 剪力墙对组合截面形心的惯性矩；,系数 和 见P.159表6.1和表6.2。,分类界限,(1) 当 时，按整体小开口墙计算； (2) 当 时，按壁市式框架计算； (3) 当 时，按联肢墙计算。,6.3 翼缘有效宽度 确定方法,1计算剪力墙的内力与位移时，可以考虑纵、横墙的 共同工作。 有效翼缘的宽度按下表采用，取最小值。,2在双十字形和井字形平面的建筑中，核心墙各墙段轴 线错开距离a不大于实体连接墙厚度的8倍，并且不大于2.5m
5、 时，整体墙可以作为整体平面剪力墙考虑，计算所得的内力应 乘以增大系数1.2，等效刚度应乘以折减系数0.8。,3当折线形剪力墙的各墙段总转角不大于15时，可按 平面剪力墙考虑。,6.4 剪力墙结构在竖向荷载作用下的内力计算方法,竖向荷载除了在连梁内产生弯矩以外，在墙肢内主要是产 生轴向力。在竖向荷载作用下，一片剪力墙所承受的竖向荷载应为该 剪力墙平面计算单元范围内的荷载及剪力墙自重，根据楼盖（屋 盖）结构布置及平面尺寸的不同，剪力墙上的荷载可能为均 布、梯形分布、三角形分布荷载或集中荷载，均可换算成等效匀布荷载计算。,6.5 剪力墙结构在水平荷载作用下的内 力与位移计算方法,可按纵、横两个方向
6、墙体分别按平面结构进行计算。总水平荷载可以按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进 行单片剪力墙的计算。,整体墙的内力与位移计算,1应力计算,当剪力墙孔洞面积与墙面面积之比不大于0.15且孔洞净距及孔洞至墙边距离大于孔洞长边时，可作为整截面悬臂构件按平截面假定计算截面应力分布。,2顶点位移,要考虑洞口对截面面积及刚度的削弱影响。,（1）小洞口整体墙的折算截面面积为：,式中 墙截面毛面积； 墙面洞口面积； 墙面总面积。,（2） 等效惯性矩 等效惯性矩取有洞口截面与无洞口截面的加权平均值。,（3）顶点位移,式中 底部截面剪力；G 混凝土的剪切模量， 。,为了计算上的方便，引入等效刚度 的概念，它把剪切变
7、形 与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达，将上式写成：,为简化计算起见，将三种荷载下的 统一取为：,小开口墙的内力与位移计算,1内力计算,整体小开口墙墙肢截面的正应力可以看 作是由两部分弯曲应力组成，其中一部分是 作为整体悬臂墙作用产生的正应力，另一部 分是作为独立悬臂墙作用产生的正应力。整 体小开口墙的内力可按下式计算：,局部弯矩不超过整体弯矩的15。,连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。,墙肢剪力 （6-24）,式中 第 i 层总弯矩和总剪力； 第 j 墙肢的截面惯性矩和截面面积； 第 j 墙肢的截面形心至组合截面形心的距离；I 组合截面惯性矩。,2顶点位移,考虑到开孔后刚度的削弱，应将
8、计算结果乘1.20。因此整体小开口墙的顶点位移可按下式计算：,联肢墙的内力与位移计算,1基本假设（1）连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹 性薄片代替；（连梁连续化假定） （2）各墙肢的变形曲线相似；（3）连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形；墙肢还应考虑轴向变形的影响。,关键是要求出 。,2内力分析方法,（墙肢弯曲变形） （墙肢轴向变形） （连梁弯曲和剪切变形）,以等肢双肢剪力墙为例。将连续化后的连系梁沿中线切开，由于跨中为反弯点，故切开后截 面上只有剪力集度 及轴力集度 。沿连梁切口处未知力 方向 上各因素将使其产生相对位移，但总的相对位移为零。,将各种变形产生的 代入上式，
9、经整理可得：,3顶点位移,式中， 双肢墙的等效刚度，三种荷载下分别为：,4双肢墙内力及变形特点,（1）侧移曲线呈弯曲型。（2）连梁的最大剪力不在底层，随着连梁与墙的刚度比 的 增大，连梁的剪力加大，剪力最大的梁下移。（3）墙肢轴力等于该截面以上所有连梁剪力之和，当连梁与墙 的刚度比 增大时，连梁剪力加大，墙肢轴力也加大。（4）连梁与墙的刚度比 增大时，墙肢弯矩则减小。（5） 可称为双肢墙整体系数， 称为轴向变形影响系数。,（6）双肢墙截面应力：,壁式框架在水平荷载作用下的近似计算,1. 计算简图,当计算的刚域长度小于零时，可不考虑刚域的影响。,2带刚域杆件考虑剪切变形后的刚度系数和D值的修正,
10、壁式框架与普通框架的差别是：（1）壁式框架带刚域；（2）壁式框架杆件截面较宽，剪切变形的影响不宜忽略。因此，当对带刚域的杆件考虑剪切变形后的 D 值进行修正和对反弯 点高度比 y 值进行修正后，便可以用 D 值法对壁式框架在水平荷载作用 下的内力与变形进行计算。,计算柱的 D 值：,值的计算见下表。,3反弯点高度比的修正,式中 标准反弯点高度比，由框架结构设计中的有关表 查得，但梁柱刚度比 要用 代替。,（667）,6.6 截面设计,中和轴以下腹筋全屈服，计算中考虑；中和轴以上腹筋不考虑。,（一）偏心受压正截面承载力计算 1. 矩形、T形、工形截面偏心受压正截面承载力计算 (1) 无地震作用组
11、合时：,（672）,（673）,（674）,（675）,1. 当 时:,2. 当 时:,（676）,（677）,3. 当 时（大偏心受压）:,（678）,（679）,（680）,4. 当 时（小偏心受压）:,（681）,(2) 有地震作用组合时：,（二）偏心受拉正截面承载力计算对于矩形截面偏心受拉剪力墙，不论大、小偏拉，其正截面承载力可下列近似公式验算：无地震作用组合,（三）偏心受压斜截面受剪承载力计算 1. 剪力设计值取值 剪力墙的剪力设计值 应按下列规定计算：,式中 V 考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加强部位截面的剪力 设计值； 考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加强部位截面的剪力计算值；
12、 考虑承载力抗震调整系数 后的剪力墙墙肢正截面抗弯 承载力，应按实际配筋面积、材料强度标准值和轴向力设计值确定，有 翼墙时应考虑墙两侧各一倍翼墙厚度范围内的纵向钢筋； 剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。,有地震作用组合时，剪力墙底部加强部位墙肢截面的剪力设计值， 一、二、三级抗震等级时应按下式调整：,9度时尚应符合,式中 剪力墙的剪力设计值； 矩形截面的宽度或工形截面、T形截面的腹板宽度； 剪力墙截面有效高度； 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于C50时取1.0；当为C80时取0.8；C50C80时可按线性内插取用。,式中 剪力墙的轴向压力设计值，当 大于 时，取
13、 等于 ； 剪力墙计算截面处的调整组合剪力设计值； 剪力墙截面面积； T形或工形截面剪力墙腹板的面积，矩形截面时取 等于 ；, 计算截面处的剪跨比， ， 小于1.5时取1.5， 大于2.2时取2.2，此处 为与 相应的弯矩值。当计算截面与墙底之间的距离小于 时， 应按距离底 处的弯矩值与剪力值计算； 剪力墙水平分布钢筋间距； 剪力墙水平分布钢筋截面面积； 剪力墙水平分布钢筋抗拉强度设计值； 取0.85。,有地震作用组合,当公式右边计算值小于 时，取等于,（五） 一级抗震等级剪力墙水平施工缝处的受剪承载力验算 一级抗震等级剪力墙水平施工缝处竖向钢筋的截面面积应符合下列要求： 当 N 为轴向压力时
14、,当 N 为轴向拉力时, 水平施工缝处的剪力设计值； 水平施工缝处考虑地震组合的轴向力设计值； 剪力墙水平施工缝处全部竖向钢筋的截面面积（包括腹板内的竖向分布钢筋，附加竖向插筋以及端部暗柱和翼柱内竖向钢筋的截面面积）。,（六）平面外轴心受压承载力验算,二、连梁截面设计（一）正截面承载力计算连梁常采用对称配筋，正截面承载力按双筋截面梁考虑。可近似按下式计算：,式中 连梁弯矩设计值； 连梁截面有效高度。,当联肢剪力墙中某几层连梁的弯矩设计值超过其最大受弯承载力时，可降低这些部位的连梁弯矩设计值，并将其余部位的连梁弯矩设计值相应提高，以满足平衡条件。经调整的连梁弯矩设计值，可均取为最大弯矩连梁调整前弯矩设计值的80。,
