柱及剪力墙配筋总结

框架柱及剪力墙结构设计2011年02月目录TOC\o"1-3"\h\u第一部分框架柱结构设计 3一、框架柱的受力特点 3二、框架柱的截面选择 3三、框架柱的构造要求 8四、框架柱配筋设计 11五、框架柱施工图的绘制方法 13六、框架柱设计容易出现的问题 14第二部分剪力墙结构设计 15一、剪力墙的特点 15二、剪力墙布置 18三、剪力墙墙厚 21四、剪力墙配筋设计 25五、剪力墙施工图绘制的几点规定 40六、剪力墙设计中容易出现的问题 41第三部分用探索者软件辅助施工图绘制 43一、TSSD的特点 43二、使用TSSD的要求 43三、TSSD的主要设置参数 43四、TSSD的实例 45第一部分框架柱结构设计一、框架柱的受力特点楼面荷载通过楼板传递到梁后，需要经过柱传递到基础，荷载向下传递过程中对柱会产生压力，因此受压是框架柱最重要的受力特点。楼面荷载在梁内传递过程中对梁会产生弯矩，为平衡梁端弯矩，柱也会受到弯矩的作用。此外，当结构受到风荷载或地震作用时，框架柱还要传递剪力，以及剪力产生的弯矩。因此，框架柱受到的内力有压力、剪力及弯矩，图一是框架在竖向荷载下的受力简图。图一框架柱在竖向荷载作用下的内力简图二、框架柱的截面选择柱的截面选择与其受力特点有关，为保证柱在受压的前提下，还能发挥其抗剪、抗弯能力，需要将柱受到的压力限制在一定范围内，通常采用轴压比这个指标来定义这个限值。轴压比是一个比值，其分子项为柱所受到的压力，分母项为柱的砼抗压能力，计算公式为：轴压比=N/fc*A式中N为轴压力，A为柱截面面积，fc*A为承载力。以C25砼为例，一根截面为1000mmx1000mm的砼柱，其受压承载力=fc*A==N=11900kN=1190t，若此柱受到的压力为11900kN，此时轴压比为N/fc*A=11900/11900=若控制此柱的轴压比为，说明该柱还有20%的安全储备。因此轴压比实际反映了构件抗压承载力的发挥程度，轴压比越小，构件的安全储备越高（抗震概念上称延性越好）。关于延性：延性是指材料超过弹性极限后破坏前抵抗变形的能力。影响延性的因素很多，以下仅讨论与轴压比的关系：框架柱同时受到压力、剪力及弯矩的作用，破坏形式有两种，小偏心受压破坏和大偏心受压破坏。大偏心受压破坏是受拉钢筋先屈服然后混凝土被压碎，实际是受拉破坏，属于延性破坏。小偏心受压破坏由于混凝土压碎而产生，不发生钢筋受拉破坏，属于脆性破坏。构件轴压比越小，意味着受到的压力越小，构件发生小偏心受压破坏的可能性越小，发生大偏心受压的弯曲破坏可能性越大，符合抗震设计中延性设计的原则。轴压比与柱截面有关，因此通过轴压比指标可以确定框架柱截面的大小。现行抗震规范对轴压比的规定如表一，框架柱轴压比不宜超过表中数值，且不应大于。建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，表中数值应适当减小。表一柱轴压比限值表结构类型抗震等级一二三四框架结构框剪结构框支结构表中红色数字表示新抗规的要求，与原规范相比，新规范的变化主要体现在两个方面，一是四级框架柱的限值由调整到和，二是框架结构减小了。注意表中限值适用于剪跨比大于2、砼强度等级不高于C60的框架柱。剪跨比不大于2的框架柱，表中限值应降低。砼强度等级高于C60时，按抗规附录B设计。设置芯柱或箍筋加大加密时，可提高柱的变形能力，此时轴压比限值可适当放宽，详规范6.3.6条的注解3、4条。从该表可以看出，不同结构体系中的框架柱，轴压比限值不同。抗震等级越高，或者说要求在结构中发挥作用越大的框架柱，其安全储备要求越高。关于抗震等级：抗震等级反映了对结构的抗震要求。由于构件在结构中发挥的作用不同，同一结构不同构件、同一构件在不同结构体系中的抗震要求可能不同。如框剪结构中的框架，其抗震要求就可低于框架结构中的框架，原因是框剪结构中主要是剪力墙发挥作用。柱截面大小与轴压比有关，轴压比影响到框架柱的延性，因此如何正确计算轴压比在框架柱设计中很重要。计算轴压比时轴力N取考虑地震作用组合的设计值，按抗规5.4.1条确定。按抗规注解1条，无需进行地震作用计算的结构，可取无地震作用组合的轴力设计值。按抗规条，6度区部分建筑可不进行截面抗震验算。根据条文说明，当地震作用在结构设计中基本上不起控制作用时，以及被地震经验所证明者，可不做抗震验算。考虑到电算速度较快，无论地震作用是否起控制作用，建议均进行地震作用计算。例如彰武项目，裙楼为四层商业，框架结构，6度，Ⅱ类场地，乙类建筑，框架抗震等级为三级，查表一，框架柱轴压比限值为。采用SATWE计算，考虑地震作用时框架柱的最大轴压比为，不考虑地震作用时最大轴压比为>。出现这种情况与工程条件有关，该工程为多层建筑，地震烈度低，活荷载较大。考虑地震作用时，按抗规5.4.1条，荷载效应组合的设计值为S＝重力荷载代表值＋水平地震作用＝（恒载＋活载）＋水平地震作用＝恒载＋活载＋水平地震作用（式一）不考虑地震作用时，按荷载规范3.2.3条，由可变荷载效应控制时，荷载效应组合的设计值为S=恒载＋活载＋风（式二）比较式一和式二，当地震作用较小，活荷载较大时，式二的计算结果可能大于式一，说明框架柱轴力的最不利组合设计值为非地震作用组合。注意按表一验算轴压比时轴力N并不一定是最不利组合，当最不利组合设计值N为非地震组合时，应按抗规6.3.6注解5条控制轴压比，即要求轴压比≤即可。本项目按考虑地震作用轴压比＜，满足要求。若按不考虑地震作用，<，也满足要求。若用非地震组合值与比较，将导致柱截面加大，不经济。PKPM完成结构计算后，会提供框架柱的轴压比计算结果，显示在框架柱的左上方，为一带括号的数字，如图二为某框架柱的SATWE计算结果，该柱的轴压比。该框架柱的抗震等级为一级，轴压比满足表一的要求。图二框架柱计算结果图三框架柱施工图根据SATWE轴压比计算结果及规范限值可调整框架柱截面大小。初步设计时，也可按20kN/m2的楼层荷载估算柱截面。例如某4层框架，柱网8X8m，每层柱承担的荷载为20X8X8＝1280kN，4层荷载传至柱底的压力N=1280X4=5120kN。若轴压比控制为，砼等级取C40，那么柱截面面积A＝5120X1000/（）＝335078mm2，柱截面可取600x600mm。当某框架柱的轴压比超出规范限值时，SATWE计算结果中“超配筋信息”会提示哪个编号的框架柱轴压比不满足要求，这时可考虑提高砼等级或加大柱截面。轴压比仅是控制柱最小截面，保证框架柱的基本延性。柱子最终截面还与楼层高度（失稳）、结构侧向刚度（控制位移）、甚至框架梁宽度有关，如当框架梁截面较宽时，为方便梁纵筋锚入柱内，尽管轴压比较小，也可能取较大的柱截面。对于低层建筑，当梁跨度较大时，尽管柱受到的压力不大，通常采用截面宽度大于梁宽的框架柱，此时轴压比不起控制作用。三、框架柱的构造要求 除了限制轴压比外，抗震设计对框架柱还有其它构造要求，详抗震规范6.3.5~条，简单介绍如下： 1、截面尺寸：柱截面的宽度和高度（圆柱的直径），四级或不超过2层时不宜小于300（350），一、二、三级且超过2层不宜小于400（450）。 2、纵筋最小配筋率：同其它砼构件一样，框架柱纵筋也有最小配筋率要求。不同位置、不同抗震等级的框架柱纵筋最小配筋率列于表二。表二框架柱最小配筋率类别抗震等级一二三四中柱和边柱（）（）（）（）角柱、框支柱注：（1）该表用于钢筋强度标准值为400MPa。钢筋强度标准值＞400MPa时，表中数值可减小。（2）表中括号内数值用于框架结构的柱。（3）框架柱每侧纵筋配筋率尚不应小于%。（4）以下情况，表中数值应增加：①IV类场地且较高的高层建筑；②钢筋强度标准值小于400MPa；③砼等级高于C60。 3、延性要求：除限制轴压比外，为保证强剪弱弯，提高构件变形能力，要求柱端箍筋加密。加密区范围、箍筋直径和间距及肢距、箍筋体积配筋率均有要求。还要求纵筋配筋率不应过大，一般框架柱不应大于5%，框支柱配筋率不宜大于%，剪跨比不大于2的一级框架柱，其每侧纵筋配筋率不宜大于%。柱箍筋加密区的体积配箍率应符合下式要求：ρv=λv*fc/fyv，λv查抗规表6.3.9fc为砼抗压强度设计值，强度等级低于C35时，按C35计算，因此建议框架柱采用砼等级不小于C35。fyv为箍筋抗拉强度设计值，超过360MPa时按360MPa计算。fyv越大，ρv越小。为减小箍筋用量，柱箍筋应采用高强度钢筋。实配箍筋的体积配箍率按砼规范7.8.3条计算：ρv=Asv*∑L/Acor*s，其中Asv为箍筋面积，∑L为截面内所有箍筋长度之和，Acor为外圈箍筋内表面（也就是纵筋外边界）面积，s为箍筋沿竖向间距。注意按新抗规，不用扣除重叠部分的箍筋体积。例题：试求图二框架柱加密区的体积配箍率ρv，砼等级为C40，砼保护层为30，配筋详图三。图三框架柱施工图按砼规范式7.8.3－2：Acor=（600-2x30）2=291600ρv＝（600-2x30）x2+（291600x100）=%该柱的轴压比，查抗规表6.3.9，一级框架柱λv=。查砼规范表4.1.4，C40砼抗压强度设计值fc=，查表，fyv=360。故λv*fc/fyv＝，按抗规6.3.9－3－1）条，一级框架柱加密区的体积配箍率尚不应小于%。现实配ρv＝%>%，满足要求。若按08规范扣除重叠部分箍筋体积，则ρv＝（600-2x30）x2/（291600x100）=%仍可满足规范要求。 4、施工要求：为保证砼浇筑质量，柱纵筋净距不小于50mm。四、框架柱配筋设计从前面分析可知，框架柱主要传递以下内力：压力、弯矩和剪力。压力由砼、纵筋及箍筋承担，其中砼及纵筋由计算确定，箍筋主要起约束作用，防止纵筋发生压屈破坏，提高砼变形能力从而提高柱延性。弯矩产生的拉力由纵筋承担，纵筋可按压弯构件计算确定。剪力由箍筋承担，同样由压弯构件计算确定。PKPM可以完成框架柱的内力及配筋计算，我们主要是根据其计算结果进行施工图绘制，SATWE计算前需要确定柱的计算参数，可在SATWE中定义，图四为配筋参数：图四SATWE参考设置SATWE计算的框架柱配筋包括6个结果，其单位为cm2，以图二为例，数值表示该框架柱角筋的面积不小于cm2，即260mm2。（注：采用单偏压算法时角筋可不受此值控制。）图二框架柱计算结果数值9表示该框架柱X方向每边纵筋的总面积不小于900mm2。数值18表示框架柱Y方向每边纵筋的总面积不小于1800mm2。数值表示该框架柱节点域配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于180mm2，默认箍筋间距为100。数值表示框架柱加密区配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于230mm2，默认箍筋间距为100。数值表示框架柱非加密区配置的箍筋面积在X、Y两个方向均不小于60mm2，默认箍筋间距为100。若实配箍筋在非加密区采用200间距时，要求箍筋面积为60X2＝120。根据SATWE计算结果，该柱配筋过程如下：确定箍筋肢距：根据抗规6.3.9条，一级抗震柱箍筋肢距不大于200，该框架柱截面为600X600，肢数取4可满足要求。确定箍筋直径及间距：根据抗规6.3.7-2条，一级抗震柱箍筋直径不小于10，如取直径为10，则箍筋面积＝＝314＞230＞180＞120，若实配10＠100/200（4），可满足加密区、节点域及非加密区的计算要求。确定纵筋根数及直径：该柱采用4肢箍，因此纵筋首先按4根考虑，X方向需要的纵筋直径为900/4＝225，采用418即可，图三配筋为225＋222，面积为2X（490＋380）＝1740，偏大。Y方向需要的纵筋直径为1800/4＝450，可采用425，图三中Y方向配筋为面积也为1740，略偏小。五、框架柱施工图的绘制方法 目前结构施工图通常采用平法方法绘制，也就是按照国家标准图集〈〈混凝土结构施工平面整体表示方法制图规则和构造详图〉〉（03G101-1）绘制施工图，框架柱采用平法绘制有两种方式，截面注写和列表注写方式。图三的框架柱施工图称为截面注写方式，更常用的是采用列表注写方式，如表三所示。表三框架柱表柱号标高bxh角筋b边一侧中部筋h边一侧中部筋箍筋类型号箍筋KZ1~600x6004D252D222D221(4x4)d10@100/200 对于某层框架柱，即使柱截面都相同，各柱的计算结果往往不同。截面不同，或截面相同但纵筋不同，或截面纵筋相同但箍筋不同的各种计算结果，会导致框架柱编号种类繁多。为简化施工图绘制，要对框架柱进行归并，以下归并原则可供参考： 1.截面相同编为同一主编号，如600X600的柱都编号为KZ1，并尽量使用相同肢数的箍筋，如都采用4X4肢箍，纵筋或箍筋不同加副编号，如KZ1a，KZ1b。 2.纵筋都是构造配筋的柱编为同一个号，其它纵筋不同的柱可按20%的归并率编为同一个号。箍筋不同时编号原则类似。 3.角柱最好编为同一个号。 4.个别柱配筋（如楼梯间柱）或标高不同时也可在平面图中单独标注，不一定要列表表示。六、框架柱设计容易出现的问题未考虑梁柱偏心影响：按抗规6.1.5条，梁柱偏心较大时应计入偏心的影响。建模时应按实际偏心输入梁柱。角柱定义：按抗规6.2.6条，一、二、三、四级抗震的角柱，剪力及弯矩应至少放大10%。应在SAWTE特殊构件定义菜单中的特殊柱一栏指定角柱，如图五。图五SATWE特殊构件定义角柱加密：按抗规6.3.9短柱加密：按抗规6.3.9-1-4）条，短柱应全高加密。短柱的体积配箍率不应小于%什么是短柱：短柱是指剪跨比λ≤2的框架柱，λ＝M/（Vh0），对于框架结构标准层，可取λ＝Hn/（2h0），也就是说，柱净高度小于柱截面高度的4倍时，即为短柱。特别注意楼梯间框架柱，由于平台标高与楼面不同，很容易形成短柱。短柱轴压比：短柱的轴压比限值要求更严格，具体规定详抗规6.3.6条的注解2。核心区箍筋计算值大于加密区，要注意表达核芯区箍筋。列表中可增加一列表示核芯区箍筋，相差不多时也可将加密区箍筋增大。纵筋根数与箍筋肢数：列表平法图不表示柱钢筋的具体位置，建议纵筋根数与箍筋肢数相同，保证钢筋肢距不容易出错。第二部分剪力墙结构设计一、剪力墙的特点（一）从框架柱到剪力墙顾名思义，剪力墙是抵抗剪力的墙体。剪力可能由风力或地震产生，当剪力由地震引起时，称为抗震剪力墙或简称抗震墙。墙体可以采用各种结构材料，如砌体或钢筋混凝土，本文仅讨论钢筋混凝土抗震墙，下文所出现的剪力墙一词均指钢筋混凝土抗震墙。从字面上看，剪力墙是为抵抗剪力而设置的，实际上，结构受到的剪力越大，说明水平荷载（风力或地震作用）越大，当建筑物较高时，结构对抵抗变形的要求要高于对抵抗剪力的要求。以一根高度为H的悬臂梁受到均布荷载q为例（图六），其顶点位移和基底剪力分别为：结构顶点位移：△＝qH4/(48EI)结构底部剪力：V=qH图六悬臂梁受到均匀荷载作用从上式可以看出，结构底部剪力与结构高度H成正比，顶点位移则与结构高度H的4次方成正比。当结构高度增大，结构位移会急剧增大，因此水平荷载对结构的影响更主要的是体现在结构位移上。另一方面，结构通过其刚度来抵抗变形，结构变形与刚度成反比，刚度（EI）则由材料弹性模量和截面惯性矩决定。对于高层建筑，为抵抗水平荷载下的巨大变形，结构构件截面必须具有很大的惯性矩。剪力墙的惯性矩要远远大于框架柱，以400X400的框架柱和400X3000的剪力墙为例（图七）说明二者的差别。图七框架柱和剪力墙截面二者的惯性矩分别为：柱：I＝bh3/12=12=剪力墙：I=12＝m4，＝422惯性矩与截面高度的3次方成正比，剪力墙的刚度是框架柱的400倍以上，即使剪力墙厚度减小为200，刚度仍为框架柱的200倍多。因此，高层建筑结构通常需要设置剪力墙。平面外刚度：上述剪力墙惯性矩I=是按b=，h=计算出来的，截面高度h取的是剪力墙墙长方向的尺寸，刚度EI称为剪力墙平面内刚度。若取截面高度为剪力墙墙厚方向，相应的刚度称为平面外刚度，此时惯性矩I=12＝m4，=也就是说，剪力墙平面外刚度只有平面内刚度的1/56。由于剪力墙平面外刚度远远小于平面内刚度，结构分析中，通常忽略其平面外刚度，认为剪力墙只承担平面内方向的水平荷载。水平荷载（风或地震作用）往往沿结构两个方向（X和Y）发生，因此结构必须在两个方向都设置剪力墙。（二）剪力墙的特点从形状上看，剪力墙可看作一面竖向放置的楼板，从抵抗竖向力的角度来说，它可以看作拉长了的框架柱，从抵抗侧向力的角度来说，它可以看作一根竖向悬臂梁。与楼板相似，由于表面积较大，剪力墙容易出现温度收缩裂缝，因此剪力墙通常配置有双层双向的分布筋。与框架柱类似，为保证受压构件在竖向力作用下具有一定的延性，剪力墙也要控制轴压比。与框架柱相比，剪力墙受压时具有以下不同点：第一，剪力墙需要发挥的作用更大，因此轴压比要求比框架柱更严。第二，剪力墙一般较薄，在压力作用下容易失稳。此外，剪力墙受到的竖向力是楼板传递的，这些作用力可能具有一定的偏心，对剪力墙产生平面外弯矩，因此剪力墙的竖向分布筋除了抵抗温度应力之外，还具有抵抗平面外弯矩的作用。与悬臂梁类似，剪力墙要抵抗侧向力（水平荷载）产生的剪力和弯矩，因此剪力墙的水平分布筋除了抵抗温度应力之外，还需要抵抗剪力。为了抵抗平面内弯矩，剪力墙的端部应集中配置一部分纵筋，除此之外，墙身竖向分布筋也能抵抗一部分平面内弯矩。根据以上分析，剪力墙身兼数职，具有板、梁、柱的受力特点，设计时要针对这些特点进行分析。二、剪力墙布置剪力墙是为抵抗变形而设置的，因此剪力墙布置首先要满足结构位移的要求。高层建筑的位移要求详现行高规4.6.3条，高度不大于150m的建筑，其位移限值如表四所示。表四楼层层间最大位移与层高之比的限值结构类型△u/h（层间位移角）框架1/550框－剪、框－筒1/800筒中筒、剪力墙1/1000框支层1/1000如前所述，为抵抗结构变形，剪力墙在平面上必须具有足够的长度。抗震设计中由于结构受力的复杂性，除了要满足结构刚度外，剪力墙的数量、平面位置的选择与许多因素有关，比如建筑功能要求、结构扭转控制等。剪力墙结构：这种结构的剪力墙较多，结构刚度大，承载力高，结构位移一般都能满足规范要求。以剪力墙住宅为例，剪力墙布置原则主要有两种，一是以结构侧向刚度为指标，刚度足够即可，结构位移角控制在规范限值附近，约1/1200~1/1500，这种设计原则下剪力墙数量一般较少，可以降低钢筋设计用量。二是考虑施工简化原则，尽量将建筑主要墙体都采用剪力墙，结构的整体指标通过调整连梁高度来解决，这种设计原则可以减少后砌填充墙数量，缩短施工工期。框架－剪力墙结构：框剪结构是在框架结构中加入剪力墙的结构，由于剪力墙的刚度远大于框架柱，剪力墙的布置会显着的改变整个结构的刚度布置。剪力墙的布置除了满足层间位移角外，应注意控制结构扭转指标。框架－筒体结构：这种结构的筒体位置由建筑专业决定，结构布置主要集中在筒体内部，剪力墙的布置原则与框剪结构相似。在平面布局上，各段剪力墙长度应比较相近，使结构各部分受力均匀。对长墙（墙长大于8m），可通过开洞分成较短的剪力墙，采用跨高比>6的弱连梁连接，各墙段高宽比（剪力墙总高/墙长）宜≥3，使剪力墙在水平荷载下的变形以弯曲为主，避免剪切破坏。关于高宽比：将剪力墙看作一根悬臂梁，在水平荷载作用下其破坏形式与剪跨比λ有关，当λ≥2时一般发生弯曲破坏。近似将地震作用认为沿高度成倒三角形分布，最大值为q，剪力墙高度为H。底部剪力和弯矩为V=qH/2，M=V*2H/3剪跨比λ=M/V*hw=2H/3hw，其中hw为墙长。若λ≥2，有H/hw≥3。因此各墙段高宽比≥3时，剪力墙以弯曲变形为主，延性较好，此种墙体通俗地称为高墙，高宽比<3时，则称为矮墙。剪跨比实际反映了是设计高墙还是矮墙的问题。墙高、墙长等定义见图九。关于弱连梁：连梁跨高比≥5时，连梁以弯曲变形为主，剪切变形忽略不计。这种连梁由于线刚度较小，对剪力墙约束较弱，在水平荷载作用下对结构侧向刚度影响较小，因此认为这种梁主要承担竖向荷载。按高规7.1.8条，弱连梁按框架梁设计。强连梁：连梁跨高比≤，此种梁以剪切变形为主，弯曲变形忽略不计。这种连梁对剪力墙约束很强，主要承担水平荷载，竖向荷载下的弯矩非常小。SATWE计算模型中剪力墙连梁有两种输入方式：开洞形成连梁、剪力墙之间用主梁连接。对于强连梁，应按开洞方式形成连梁。对于弱连梁，应采用梁输入的方式。对于跨高比在和5之间的连梁，两种方式均可，但要注意二者对结构刚度影响较大，原因是开洞方式采用壳单元模拟连梁，连刚度与单元划分有关，输入梁方式采用梁单元，刚度计算方法与壳单元不同。注意按连梁设计，梁刚度可以折减，折减系数一般取~。按框架梁设计，梁刚度应放大，放大系数一般取~。因此按连梁设计和按框架梁设计，刚度计算结果可能差别很大。三、剪力墙墙厚剪力墙的厚度与框架柱截面大小一样，与轴压比有关。与框架柱不同的是，剪力墙厚度一般较小，因此在压力的作用下，还应保证其稳定性。抗规6.4.2条要求剪力墙轴压比不超过表五的限值。注意计算剪力墙的轴压比时，轴力N不考虑地震作用组合，与计算框架柱轴压比取值不同。轴压力设计值N是指重力荷载代表值作用下的，根据抗规条文说明，N=，GE为重力荷载代表值，可根据抗规条计算，一般取GE=（Gk+。表五剪力墙轴压比限值表部位抗震等级一级（9度）一级（7、8度）二、三级底部加强区注：原抗规仅对底部加强区有轴压比要求，且对三级无要求。短肢剪力墙轴压比要求更严，详高规7.1.2条。从表五看出，剪力墙的轴压比限值小于框架柱的值，原因是剪力墙的重要性大于框架柱，安全储备要求高。初步确定剪力墙厚度时，可查表六。表六剪力墙最小厚度（mm）部位墙类型一、二级三、四级底部加强部位有端柱或翼墙h/16，200h/20，160无端柱或翼墙h/12，200h/16，180其他部位有端柱或翼墙h/20，160h/25，160无端柱或翼墙h/15，180h/20，160注：（1）表中h取层高和剪力墙无支长度的较小值。剪力墙井筒中，分隔电梯井或管井的墙体厚度可适当减小，但不小于160。关于无支长度：除楼板可以作为剪力墙的平面外支撑，与剪力墙平面外相交的剪力墙、翼墙及端柱也可作为其支撑，这些平面外支撑的距离即为剪力墙的无支长度。注意作为支撑的翼墙长度应不小于其厚度的3倍，端柱边长不小于剪力墙厚的2倍。关于底部加强部位：加强剪力墙底部的抗剪能力，实现强剪弱弯的目的。将剪力墙看作一根悬臂梁，在水平荷载作用下底部弯矩最大，破坏时塑性铰出现在底部。为确保塑性铰出现在底部，规范采取了以下措施：一是放大剪力墙上部的弯矩，使底部弯矩相对变小，详抗规6.2.7－1条；二是放大剪力墙底部的剪力，使底部不会先发生剪切破坏，详抗规条；三是加强剪力墙底部的约束能力，提高塑性铰的塑性变形能力，详抗规条。剪力墙底部加强部位的范围按表七确定，其中H为房屋高度。表七剪力墙底部加强部位剪力墙类型范围（取较大值）框支结构框支层及以上两层，落地墙高度的1/10其他结构H＞24m底部两层，墙高的1/10H≤24m底部一层注：（1）底部从地下室顶板算起，房屋高度指室外地面至主要屋面板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。嵌固端设在地下室顶板时，底部加强部位向下延伸一层；嵌固端设在地下一层的底板或以下时，底部加强部位向下延伸至嵌固端。墙体的稳定验算按高规附录D进行，当稳定性不足时，SATWE计算结果中“超配筋信息”会提示墙体稳定超限。例题：计算某住宅剪力墙结构中斜线墙体的轴压比，如图八，并验算稳定性。已知层高6m，总高100m，砼C50，墙厚300。该墙肢在恒荷载作用下的轴力标准值为Ngk＝11000kN，活荷载作用下Nqk＝2300kN，地震作用下Nek＝4600kN，风荷载下Nwk＝2900kN。图八剪力墙布置解：查砼规范表4.1.4和表，C50砼，砼轴心抗压强度设计值fc==23100kPa，弹性模量Ec=m2。轴压比计算：剪力墙面积Aw=，重力荷载代表值作用下的轴压力设计值为N=（恒+活)=（11000+）=14580kN故轴压比=14850/=稳定性验算：层高h=6m，墙厚t=，按高规附录D式（）h/3hw＝6/=β＝1/（1+）＝>L0＝βh＝＝Ect3/10L02＝kN/m作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值取以下两种计算的较大值：不考虑地震作用时，经比较，恒荷载起控制作用，按荷规3.2.3条，N＝恒+（活+风）＝+（+）＝19540kN考虑地震作用时，按高规5.6.3条，N＝（恒+活）+地+风＝（11000+）++kN>19540kN取q＝N/hw＝21372/＝3288kN/m<3100kN/m，稳定性不满足要求。四、剪力墙配筋设计根据前面分析，剪力墙主要传递以下结构内力：水平荷载产生的剪力以及剪力引起的平面内弯矩、竖向荷载引起的压力，这些内力可以通过结构计算求得。非结构内力主要包括温度应力和平面外弯矩，这部分内力很难定量计算，结构设计中一般用构造措施来解决。水平剪力由水平分布筋承担，平面内弯矩由竖向分布筋及墙端纵筋承担，竖向压力由墙身砼承担。与框架柱纵筋可以承担压力不同，剪力墙竖向分布筋较细，受压时容易压屈，因此不承担竖向压力，也不承担弯矩中的压力，但可以承担弯矩中的拉力。为便于理解剪力墙中各种钢筋的作用，图九给出剪力墙的钢筋布置方式及承担的内力，作为对比，图中还提供了砼悬臂梁的内力图。从图九中可以发现，砼构件中的箍筋通常扮演两种角色：抗剪和约束。梁中箍筋用于抗剪，柱箍筋用于抗剪和约束，剪力墙中箍筋用于约束，抗剪则由水平筋代替。图九剪力墙钢筋布置及承担的内力剪力墙计算配筋包括墙身的分布筋和墙身端部的纵筋，下面介绍如何根据SATWE计算结果对剪力墙进行配筋设计。剪力墙分布筋。剪力墙分布筋计算主要包括两个方面：一是根据平面内弯矩确定竖向分布筋，二是根据水平剪力确定水平分布筋。为了简化计算，实际设计中通常按照一定的配筋率确定墙身竖向分布筋，SATWE计算平面内弯矩时，会先扣除这部分竖向筋承担的弯矩，再计算出墙身端部纵筋，因此在SATWE计算前首先要指定竖向分布筋配筋率。剪力墙分布筋中真正需要计算确定的只有水平分布筋。计算梁箍筋时，通常是先指定箍筋间距，再根据剪力计算出箍筋面积，最后根据箍筋面积确定箍筋直径。计算剪力墙水平分布筋时，也是先指水平分布筋间距，再根据剪力计算出分布筋直径。SATWE数据前处理中可指定水平分布筋间距及竖向分布筋配筋率，如图十。图十SATWE配筋参数墙身分布筋配筋率计算公式为ρ=Asv/b*s其中Asv为墙身分布筋的面积总和，如分两排布置，则为两排之和，b为墙厚，s为分布筋间距。比如墙厚250，竖向分布筋配两排，每排d10@200，则箍筋总面积Asv==150，b=250，s=200，故ρ=150/250x200==%。图十一SATWE配筋简图SATWE根据某段剪力墙分配到的剪力计算出需要配置的水平分布筋面积，并将结果标注在该段墙体的正中下方，单位为cm2，如图十一中X方向剪力墙标注的数字“H”表示该段剪力墙需要配置的水平分布筋面积为cm2，即160mm2。如果分两排布置，那么每排钢筋面积为160/2=80mm2。已知d10的钢筋面积为，d8和d12的钢筋面积分别为50mm2和113mm2，二者的平均值为(50+113)/2=mm2，因此水平分布筋可采用d8和d12间隔布置。若按图六，SATWE指定的剪力墙水平分布筋间距为200，那么水平分布筋可配d12/8@200，满足计算要求，也可配d10@200，略小于计算结果。构造上，剪力墙分布筋直径不应小于d8，间距不宜大于300，且应符合以下规定：对剪力墙结构：竖向分布筋直径尚不宜小于d10，且一、二、三级剪力墙分布筋配筋率不应小于%，四级剪力墙分布筋配筋率不小于%或%（高度小于24m且剪压比很小的四级剪力墙）。对框剪结构：分布筋直径均不宜小于d10，分布筋配筋率均不应小于%。框支结构：落地剪力墙底部加强部位，分布筋配筋率不应小于%。规定最小竖向分布筋配筋率是为了防止墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力，规定最小水平分布筋配筋率是为了墙体出现斜裂缝后发生脆性的剪拉破坏。（二）剪力墙边缘构件纵筋。水平力作用下，剪力墙如同一根嵌固于基础上的悬臂梁受力。剪力墙受到的弯矩主要由端部纵筋承担，一小部分由竖向分布筋承担。SATWE根据某段剪力墙受到的平面内弯矩及已配置的竖向分布筋计算出墙端需要配置的纵筋量，并将结果标注在该段墙体的正中上方，单位为cm2，如图十一中X方向剪力墙标注的数字“12”表示该段剪力墙的两端（即边缘构件）均需要配置纵筋面积为12cm2，即1200mm2。对边缘构件进行配筋设计，要掌握以下几个方面内容。1.剪力墙墙段的定义。SATWE根据洞口对剪力墙进行分段计算，两个洞口之间或洞口至剪力墙端部为一段剪力墙。图十一中共有6段剪力墙，其中X方向有4段，边缘构件计算配筋分别为37cm2、27cm2、12cm2和15cm2，Y方向有2段，边缘构件计算配筋分别为59cm2和31cm2。2.边缘构件范围的定义。边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件，其范围的定义详抗规6.4.5条或高规、条及砼规范、条，或详图十二、图十三。根据规范对边缘构件范围的定义，对较短的剪力墙，如图十一中X方向配筋为15cm2图十二构造边缘构件（图中阴影区域） 注：图中转角墙尺寸200为新抗规要求，08规范为300。对翼墙柱，08规范尚要求出翼墙300。图十三约束边缘构件（墙休水平分布筋未画出）注：按高规7.1.2条的注解，一般剪力墙是指长宽比大于8的剪力墙，因此图中剪力墙增加了墙长大于墙厚8倍的规定。对d）转角墙，如不限定hf>8bf，则形成（单侧）翼墙。图十三中约束边缘构件的长度Lc按表八确定，新的抗规Lc与剪力墙轴压比有关。表八约束边缘构件的最小长度Lc一级（9度）一级（7、8度）二、三级λ≤λ>λ≤λ>λ≤λ>Lc（暗柱）Lc（其他）说明：（1）表中“其他”是指暗柱以外的边缘构件，包括转角墙柱、翼墙柱、端柱。砼规范列入转角柱，抗规及高规未列入。从翼墙对剪力墙约束的角度来理解，转角墙显然可以起到类似的作用。翼墙对剪力墙的作用，类似楼板对梁的作用。λ是剪力墙轴压比。Lc应不小于墙厚及400。对翼墙柱、端柱，尚且分别不应小于翼墙厚度加300、端柱边长加300，详图十三中青色数字部分。图九b）中翼墙柱，当翼墙长度hf<3bf时，按暗柱一栏查表。图九c）中端柱，当任一边长bc或hc<2bw时，按暗柱一栏查表。翼墙或端柱尺寸过小时，说明刚度太小，无法对剪力墙端部形成有效约束，因此按无翼墙或无端柱查表。3.边缘暗柱（AZ）。边缘暗柱纵筋取值比较简单，直接按计算结果配置即可，但要注意当计算结果较大时，SATWE会提示超筋。出现这种情况是由于SATWE默认边缘暗柱的阴影区长度取规范的最小值并按5%控制配筋率。实际长度可以大于规范取值，避免超筋现象。4.转角墙柱（JZ）。转角墙柱是两个方向剪力墙端部相交的部分，需要抵抗两个方向剪力墙的弯矩，其纵筋取两个方向计算值的较大者，配筋过大可按satwe提供的组合构件减小配筋。图十四转角墙柱纵筋面积为16x380＝6080mm2，满足图十一计算值57cm2的要求。图十四转角墙柱（JZ）5.翼墙柱（YZ）。翼墙柱是一个方向剪力墙端部与另一方向剪力墙中部相交的部分，受弯构件中性轴处的正应力几乎为零，因此翼墙柱只需要抵抗一个方向剪力墙的弯矩，其纵筋取腹板方向剪力墙的计算值。图十五翼墙柱纵筋面积为12x113＝1356mm2，满足图十一计算值12cm2的要求。图十五翼墙柱（YZ）6.边缘端柱（DZ）。首先端柱要满足按框架柱计算的纵筋，同时整个边缘构件要满足按剪力墙计算的端部纵筋。图十一中框柱部分的纵筋计算结果为X侧面积42cm2和Y侧面积58cm2。图十六边缘构件的框架柱部分X、Y两侧分别配筋6D32和8D32，满足框架柱计算要求。此边缘构件的纵筋总面积为192cm2，满足剪力墙计算结果59cm2的要求。图十六边缘端柱（DZ）7.约束边缘构件和构造边缘构件。剪力墙轴压比较大时，为提高其延性，需要将边缘构件的范围加大，配筋加强，其箍筋要根据轴压比计算确定，这种边缘构件称为约束边缘构件。剪力墙轴压比较小时，可采用构造边缘构件，箍筋按构造设置。对于四级剪力墙，以及墙肢底部轴压比不超过表九的一、二、三级普通剪力墙（相对框支结构剪力墙而言），墙端可设置构造边缘构件。框支结构的剪力墙以及墙肢底部轴压比大于下表的一、二、三级普通剪力墙，应在底部加强部位及相邻上一层设置约束边缘构件。表九剪力墙设置构造边缘构件的最大轴压比抗震等级一级（9度）一级（7、8度）二、三级轴压比8.最小配筋率及构造要求如同受弯梁的纵筋要求最小配筋率一样，剪力墙端部纵筋也有最小钢筋用量要求，如表十。表十边缘构件纵筋最小配筋抗震等级底部加强部位其他部位约束边缘构件构造边缘构件一，8d16，6d16（），6d14二，6d16，6d14（），6d12三，6d14，6d12，4d12四不要求，4d12（），4d12注：（1）Ac为图十二、图十三中阴影区域面积。（2）括号内数值用于较重要的高层建筑剪力墙，包括复杂高层建筑、混合结构、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙，详高规7.2.17－4条。（3）按砼规范11.7.16条，表中数值仅控制钢筋面积，不控制钢筋直径。如，6d16表示钢筋面积取和6根直径为16mm的钢筋中的较大值，这与一般受弯构件只控制钢筋总量类似。实际设计中一般要求纵筋不小于墙体竖向分布筋直径，且不小于d12。由于对规范理解的不同，审图单位可能认为要同时控制钢筋总量和钢筋直径，如天津于家堡项目，一级剪力墙即要求钢筋直径不小于16。关于边缘构件纵筋间距：规范对边缘构件中纵筋之间的距离没有明确规定，一般取不小于竖向分布筋的间距。以下讨论按高规箍筋无支长度的要求确定纵筋间距。按高规7.2.17－3条，箍筋的无支长度不应大于300。所谓箍筋的无支长度是指箍筋的两个支撑点之间的距离，有拉筋拉结的纵筋可作为支撑点。根据抗规表注解2条，纵筋可以逐根用拉筋拉结，也可隔一根拉结一根。通常竖向分布筋间距为200或150，如果以200间距布置纵筋，隔一拉一，箍筋无支长度为400，如果每根纵筋都设拉筋，则无支长度为200，满足规范要求。如果以150的间距布置纵筋，隔一拉一，则无支长度为300，也可满足规范要求。详图十七。图十七箍筋的无支长度边缘构件箍筋。弯矩作用下，剪力墙两端处于一端受拉另一端受压的受力状态。对于抗震剪力墙，为改善端部砼的受压性能，提高剪力墙延性，剪力墙的边缘构件要配置箍筋，以约束端部砼。多层建筑的构造边缘构件不要求体积配箍率，只需满足箍筋最小直径、最大间距。高层建筑中较重要的剪力墙（包括复杂高层建筑、混合结构、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙）要求体积配箍率，且配箍特征值统一取，其它剪力墙的构造边缘构件不要求体积配箍率。与框架柱类似，约束边缘构件的箍筋配置要满足一定的配筋率，且配箍特征值与剪力墙轴压比有关，约束边缘构件的配箍特征值λv列于表十一。边缘构件的箍筋只是一种构造措施，并非结构内力计算结果，因此SATWE计算结果中并没有边缘构件箍筋一项。边缘构件箍筋必须根据规范手工计算或用其它工具软件如TSSD自动求得。表十一约束边缘构件的配箍特征值λv轴压比一级（9度）一级（7、8度）二、三级λ≤λ>λ≤λ>λ≤λ>λv边缘构件体积配箍率ρv=λv*fc/fyv，采用三级钢时，不同等级砼的约束边缘构件体积配箍率ρv列于下表十二。表十二约束边缘构件最小体积配箍率ρv砼等级C25C30C35C40λvρv例题：求图十八边缘构件的体积配箍率，纵筋保护层厚度为25，箍筋配d8@150。图十八边缘构件配筋按砼规范式7.8.3－2：Acor＝（500-2x25）x（200-2x25）+（200-2x25）x300＝112500∑L＝（500-2x25）x4+（200-2x25）x6=2700Asv*∑L＝50x2700=135000ρv=Asv*∑L/Acor*s=135000/112500x150=%若按08规范扣除重叠部分箍筋体积，则ρv＝50x（2700-2x150）/112500x150=%注意计算边缘构件的箍筋时，并没有涉及到剪力墙受到的剪力，原因是边缘构件的箍筋只是起约束墙身端部砼的作用，剪力墙受到的剪力由其水平分布筋承担。水平分布筋和箍筋二者在墙体发挥的作用不同，边缘构件的箍筋直径可以小于水平分布筋。为便于设计，表十三给出了常用边缘构件在不同配筋情况下配筋率的范围。该表可以和表十及表十二结合使用，初步确定边缘构件的钢筋规格。表十三常用边缘构件配筋率纵筋配筋率（%）箍筋配箍率（%）12@25012@20014@2006@1506@1008@1508@100160厚~~－~~~~180厚~~－~~~~200厚~~~－－~~纵筋配筋率箍筋配箍率12@15012@20014@20014@1508@10010@15010@100220厚~~~~~~~250厚~~~~~~~300厚~~~~~~~注：（1）该表为大同凯德世家B、C组团4＃楼的统计结果，可供类似工程参考。（2）纵筋配筋率离散度较大，原因是较近的边缘构件合并后，配筋率显着变小。（3）箍筋配箍率为按纵筋间距200的统计结果，且扣除箍筋重叠部分。考虑箍筋重叠部分对较小的边缘构件影响很小，对较大的边缘构件影响较大，约增大10~30%。五、剪力墙施工图绘制的几点规定1.墙体水平筋是否计入约束边缘构件箍筋。抗规6.4.5－2条，计算约束边缘构件的体积配箍率，可适当计入满足构造要求且在墙端有可靠锚固的水平分布筋的截面面积。条文说明则规定，计入的水平分布筋的配筋特征值不宜大于倍总配箍特征值。关于可靠锚固的做法，北京院结构专业技术措施是在边缘构件内以U形套箍代替水平筋，并在边缘构件外和水平筋搭接LLe。以C35砼，二级抗震墙为例，水平筋采用d10＠200，LLe＝＝＝520，两排共2x520＝1040由于搭接长度较长，对较小的暗柱（长度小于700），用钢量会有所增加。另外，比较表十二和表十三，当箍筋间距采用100时，体积配箍率基本上已经可以满足规范（表十三尚未计算箍筋重叠部分）。根据以上分析，以后工程无特别说明时，不再利用墙体水平筋代替箍筋。2.约束边缘构件Lc的表示方法按新抗规，约束边缘构件的范围与轴压比有关，因此边缘构件的Lc长度应在大样图中指定，以指导施工。为便于区分阴影区和非阴影区，边缘构件的阴影区域采用阴影填充，如图十九。图十九约