高层建筑结构剪力墙结构设计

1、高层建筑结构剪力墙结构设计第1页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四51 概述第2页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.1.1 结构布置 1 . 概念 剪力墙是纵横两个方向均由钢筋混凝土墙组成的空间结构体系。除了承受楼板的竖向荷载外，还要承受风荷载、水平地震作用等水平作用。第3页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.1.1 结构布置2 . 布置原则 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，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。 剪力墙结构应具有较好的延性。3 .

2、 特点 平面内刚度及承载力大，平面平面外刚度及承载力相对很小。第4页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四第5页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.1.2 剪力墙的分类1 . 整体剪力墙 （1）无洞口或洞口面积不超过墙面面积的16，且孔洞间净距及孔洞至墙边净距大于孔洞长边； （2）双肢墙，但连梁很弱（10，截面惯性 矩比整体小开口墙第7页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.1.2 剪力墙的分类 3 . 联肢剪力墙（双肢墙、多肢墙） 弯矩图呈显著锯齿型，截面应力不是直线分布，110第8页，共71页，2022年，5月20日，20点1

3、8分，星期四5.1.2 剪力墙的分类4 . 壁式框架 （1）墙肢弯矩图中各层 有反弯点，墙肢拉压力 较大； （2）10(连梁强、墙肢 弱），第9页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.1.2 剪力墙的分类整体剪力墙整体小开口墙双肢墙多肢墙第10页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 1.3 剪力墙的分析方法1 . 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，法向应力呈线性分布，可采用材料力学中有关公式计算内力及变形。2 . 连续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杆，由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程，从中求解

4、出外力。3 . 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D值法进行求解，也可以用位移法借助计算机进行求解。4 . 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。第11页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四52 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算第12页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.2.1 整体墙的计算位移计算 = 弯曲变形 + 剪切变形位移计算： 第13页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.2.1 整体墙的计算1 . 判别条件：洞口15；或双肢10 壁式框架与普通框架对比：相同点：在

5、水平荷载作用下会出现反弯点不同点： 梁宽柱宽，其刚度要考虑剪切变形的影响而降低 梁墙相交部分面积大变形小，形成刚域，其刚度 要考虑刚域的影响而提高结论：壁式框架的计算考虑两个修正后，内力和位移计算方法与普通框架相同，采用D值法。第26页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.4.2 壁式框架内力计算2 . 刚域的取法 带刚域框架的梁柱轴线取连梁和墙肢的形心线。第27页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.4.1 壁式框架计算筒图刚域长度梁方向柱方向刚域长度第28页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 4.2 壁式框架内力计算1

6、. 带刚域框架柱的D值普通框架：(1)壁式框架：(1)用k代替普通框架中的i即可梁柱式中第29页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 4.2 壁式框架内力计算普通框架：(2)梁柱刚度比一般层底层(3)一般层底层(4)壁式框架：(2)梁柱刚度比(3)(4)第30页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.4.2 壁式框架内力计算2 . 考虑剪切变形后壁柱D值计算 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值,见下表:第31页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 4.2 壁式框架内力计算3 . 考虑剪切变形后对壁柱反弯

7、点高度的修正普通框架柱壁式框架柱第32页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.4.3 壁式框架位移计算梁柱弯曲变形产生的侧移: 层间位移 顶点位移 壁柱反弯点位置第33页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.5 剪力墙结构的分类第34页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.5.1 按整体参数来划分 判别剪力墙类别的一个定性的标准：(1) 当1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；(2) 当10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；(3) 当110时，可按联肢墙进行计算。第35页，共7

8、1页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.5.2 按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分 在某些情况下，仅靠值的大小还不足以完全判别剪力墙的类型。通过分析表明，墙肢是否出现反弯点，与墙肢惯性矩的比值IAI 、剪力墙的整体参数及结构的层数N等诸多因素有关。第36页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.5.2 按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分 系数S第37页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.5. 3 剪力墙类型的判别方法剪力墙的类型判别应以其受力特点为依据，从剪力墙的整体性能及墙肢沿高度是否出现反弯点两个主要特征来进行判别，具体条件如下；(1)当 1时

9、，忽略连梁对墙肢的约束作用，各墙肢按独立墙 肢分别计算；(2)当1 10，且IAI Z时，可按联肢墙计算；(3)当 10，且IAI Z时，可按整体小开口墙进行计算；(4)当 10，且IAI Z时，按壁式框架计算；(5)当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的16时按整体墙计算。第38页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四56 剪力墙的截面设计第39页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力楼板柱柱主筋箍筋梁梁主筋横向钢筋纵向钢筋柱梁洞口边缘纵、横向加强筋40第40页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6

10、.1 墙肢正截面抗弯承载力1 . 偏心受压承载力计算公式 （1）大偏心受压情况( b)第41页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力大偏心受压的计算公式：第42页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力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：第43页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力（2）小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44页，共71页，2022年

11、，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力小偏心截面应力分布第45页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力2 . 偏心受拉强度计算公式:（1） 无地震作用组合（2） 有地震作用组合第46页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力大偏拉（1）按构造要求确定竖向分布钢筋为保证截面上有受压区，即x0，应使（2）按计算求 ，方法同大偏压，只是N改为负号小偏拉 （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 。 说明：考虑地震作用时，承载力计算公式右边都要乘以承载力抗

12、震调整系数 。第47页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.2 墙肢斜截面抗剪承载力1 . 偏心受压时抗剪承载力计算公式为:无地震作用时：有地震作用组合时：要求：剪跨比 取1.52.2轴向力工形或T形截面腹板面积第48页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.2 墙肢斜截面抗剪承载力2. 偏拉构件抗剪承载力计算公式:无地震作用组合时：有地震作用组合时：在9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：第49页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.6.3 施工缝的抗滑移验算 按一级抗震等级设计

13、的剪力墙，要防止水平施工缝处发生滑移。考虑了摩擦力的有利影响后，要验算通过水平施工缝的竖向钢筋是否足以抵抗水平剪力。当已配置的端部和分布竖向钢筋不够时，可设置附加插筋，附加插筋在上、下层剪力墙中都要有足够的锚固长度。水平施工缝处的抗滑移能力宜符合下式要求；第50页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求第51页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 7.1 轴压比限值 抗震设计时，一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位(一般为塑性铰区)，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表5.10的限值。 截面受压区高度不仅

14、与轴压力有关，而且与截面形状有关。在相同的轴压力作用下，带翼缘的剪力墙受压区高度较小，延性相对要好些，而一字形的矩形截面最为不利。因此，对截面形状为一字形的矩形的剪力墙墙肢应从严控制其轴压比。轴压比一级(9度)一级(7、8度)二级0.40.50.6剪力墙轴压比限值表第52页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.7.2 边缘构件的设计1 . 约束边缘构件的设计约束边缘构件的主要措施是加大约束边缘构件的长度lc及其体积配箍率v，体积配箍率v由配箍特征值v计算，即 第53页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四第54页，共71页，2022年，5月20日，20点

15、18分，星期四5.7.2 边缘构件的设计2 . 构造边缘构件的设计 构造边缘构件按构造要求设置，箍筋的无支长度不应大于300mm，拉筋的水平间距不应大于纵向钢筋间距的2倍。当剪力墙端部为端柱时，端柱中纵向钢筋及箍筋宜按框架柱的构造要求配置。剪力墙的构造边缘构件第55页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四58 短肢剪力墙的设计要求第56页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.8.1 适用范围 高层建筑结构不应全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置简体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。具有较多

16、短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度应比一般的剪力墙结构的规定限值适当降低，7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m。B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，即使设置了筒体，也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。需要说明的是，若在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，则不属于这种短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同工作的剪力墙结构。第57页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.8.2 加强措施(1) 筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50。(2) 短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级。(3) 各层短

17、肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无冀缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限位相应降低0.1。(4) 除底部加强部位按一般剪力墙调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值,一、二级抗震等级时分别乘以增大系数1.4和1.2。第58页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.8.2 加强措施(5) 抗震设计时，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。 (6) 短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。(7) 7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置

18、冀缘，一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。由于一字形短肢剪力墙的延性和平面外稳定均十分不利。第59页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.8.3 截面高度与厚度之比小于5的短肢剪力墙 矩形截面的短肢剪力墙的截面高度与厚度之比不宜小于5；当该比值小于5时，其抗震性能更差，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，一、二级时不宜大于表5.10的限值减0.1，三级时不宜大于0.6；当截面高度与厚度之比不大于3时，其受力机理与柱类似，宜按框架柱进行截面设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2，一般部位不应小于1. 0，箍筋宜沿墙肢全高加密。第60页

19、，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.9 剪力墙设计构造要求第61页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5. 9.1 混凝土强度等级1 . 剪力墙混凝土强度等级 为了保证剪力墙的承载能力和变形要求，剪力墙混凝土强度等级不宜太低。 一般剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C20； 带有筒体和短肢剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C25。第62页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.9.2 剪力墙截面尺寸 当剪力墙的截面尺寸过小而使截面剪应力过高时，即使配置了很多抗剪钢筋，也会在早期出现斜裂缝，而且很可能在钢筋还没有来得及发挥作用时，混凝土

20、就已发生剪切破坏。因此，应规定剪力墙截面尺寸的最小值以限制剪力墙截面上的名义剪应力：无地震作用组合时：有地震作用组合时：剪跨比 大于25时：剪跨比 不大于25时：第63页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.9.3 剪力墙的分布钢筋要求剪力墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率可按下式计算：第64页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.9.4 钢筋锚固和连接要求 非抗震设计时，剪力墙纵向钢筋的最小锚固长度应取la，抗震设计时应取laE。剪力墙竖向及水平钢筋的搭接连接(如图所示)，一、二级抗震等级剪力墙的加强部位，接头位置应错开，每次连接的钢筋数量不宜超过总数

21、量的50，错开净距不宜小于500m；其他情况剪力墙的钢筋可在同一部位连接。非抗震设计时，分布钢筋的搭接长度不应小于1.2la，抗震设计时，不应小于1.2laE。暗柱及端柱纵向钢筋连接和锚固要求宜与框架柱相同。第65页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.9.5 剪力墙开洞时的构造要求 当剪力墙墙面开有非连续小洞口(各边长度小800mm)，且在整体计算中不考虑其影响时，应在洞口四周采取加强措施，以抵抗洞口的应力集中，可将洞口处被截断的分布钢筋分别集中配置在洞口上、下和左、右两边，且钢筋直径不应小于12mm(如图所示)。剪力墙洞口补强配筋示意第66页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.10 连梁截面设计及配筋构造第67页，共71页，2022年，5月20日，20点18分，星期四5.10.1 连梁的配筋计算1 . 抗弯承载力验算2 . 抗剪承载力验算 （连梁中的平均剪应力过小）无地震作用组合时，有地震作用组合