剪力墻結構的分析和設計(2).ppt

邵 弘,剪力墻結構的分析和設計,1。短肢剪力墻結構的控制和設計 2。剪力墻邊緣構件設計及配筋控制,1。短肢剪力墻結構的控制和設計,1.1。短肢剪力墻的特點及其與異形柱的區(qū)別 1.2。短肢剪力墻結構的界定方法 1.3。短肢剪力墻結構的設計 1.4。短肢剪力墻結構與轉換層結構的混合設計討論,1.1。短肢剪力墻的特點及其與異形柱的區(qū)別,對于1216層的小高層建筑結構，采用既可以保證結構的剛度、位移，又可以使室內空間方正合理。所以短肢剪力墻結構得以普遍應用。 短肢剪力墻的受力、變形特征，類似以框剪結構。但比框架結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協(xié)調導致的豎向位移差別，也比框剪結構小，則傳基礎荷載更均勻、合理。,短肢墻與異形柱的區(qū)別,截面尺寸： 柱：H/B 8。（不限） 當有大于兩肢的短肢墻或異形柱時，盡管各肢的長寬比符合要求，也宜按墻輸入、設計。,1.2。短肢剪力墻結構的界定方法,規(guī)程相關規(guī)定：高規(guī)第7.1.2條規(guī)定了高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構。短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構，并且應符合一系列規(guī)定。第7.1.3條規(guī)定了B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，不應采用第7.1.2條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。,短肢剪力墻結構的定義：（1）短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為58的剪力墻；（2）高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構；（3）短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構。 短肢剪力墻結構的必要條件：抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的 50%。 短肢剪力墻結構的下限：當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的 15% 40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。,短肢剪力墻結構的應用范圍,B級高度高層建筑和 9度抗震設計的 A級高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用。 其最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結構的規(guī)定值適當降低，且7度和8度抗震設計時分別不應大于100m和60m。 如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成短肢剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。,短肢剪力墻結構，其首先應是全剪力墻結構。 短肢剪力墻結構中，應有足夠的長肢剪力墻。 如果把短肢墻看成異形柱，則短肢剪力墻結構可以認為呈框剪結構的變形特征。 當結構形式符合短肢剪力墻結構形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結構體系中，定義結構為“短肢剪力墻結構”。 當采用殼元模型時，應加細單元的劃分。 短肢剪力墻結構有時用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元則有單元劃分不細的問題。,短肢剪力墻結構的變形特征,框架或短肢墻的樓層位移曲線,剪力墻的樓層位移曲線,框剪或短肢剪力墻結構的樓層位移曲線,都是短肢墻不一定屬于短肢剪力墻結構,典型的短肢剪力墻結構中間有核心筒,底部傾覆彎矩不滿足規(guī)范大于50%,1.3。短肢剪力墻結構的設計,短肢墻與異形柱的設計區(qū)別： 異形柱：軸壓比（按框架柱）、剛度（梁考慮剛域）、配筋（雙偏壓）、構造（按異形柱規(guī)程）。 短肢墻：軸壓比（按剪力墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按剪力墻）、構造（按高規(guī)的短肢墻構造）。,超短肢墻的處理,弱短肢剪力墻（截面高厚之比小于5的墻肢）：高規(guī)7.2.5條文規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為5的剪力墻；當其小于5時，其在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一級（9度）、一級（7、8度）、二級、三級時分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。 短墻（截面高度之比不大于3的墻肢） ：高規(guī)7.2.5條文和抗震規(guī)范6.4.9條文規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時，應按柱的要求進行設計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其它部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。,總結短肢剪力墻結構的抗震加強,抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比高規(guī)4.8.2規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用。 抗震設計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1。 抗震設計時，除底部加強部位應按高規(guī)7.2.10條調整剪力設計值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。 抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。,短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm。 7度和8度抗震設計時，短肢剪力墻宜設置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側相交的樓面梁。 高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結構的混凝土強度等級不應低于C25。,21層短肢墻結構,短肢墻所占傾覆彎矩的比例,1.4。短肢剪力墻結構與轉換層結構的混合設計討論,混合的結構類型，給設計來混淆，雖然不提倡，但是實際工程確實不時遇到。典型案例：下部是轉換層結構，上部是短肢剪力墻結構。 該結構類型的判斷基于以下方面： 1。短肢墻被下部托梁抬起，上下不連續(xù)，結構整體變形特征不符合短肢剪力墻（框剪）結構的形式。 2?？刂贫讨袅Y構的傾覆彎矩失去依據(jù)，因為要求短肢墻上下連續(xù)，且下部短肢墻所占傾覆彎矩小于50%，此時所要求的“下部”已經失去。,3。在加強區(qū)，“復雜高層結構”的設計要比“短肢剪力墻”結構嚴得多。結構的薄弱部位也是在底部轉換層區(qū)，所以這類結構應該按“復雜高層結構”來設計。 4。轉換層上部剪力墻應按框支剪力墻結構的要求，設置加強鋼筋。 5。對于非加強區(qū)部位的短肢墻設計，可以參考“短肢剪力墻結構”的要求，適當加強構造。當然，也可以按短肢剪力墻結構設計的要求設計。,21層底部框支上部短肢墻結構按復雜高層設計,短肢墻平面,加強區(qū)配筋簡圖,非加強區(qū)配筋簡圖,按復雜高層設計配筋小些,上部非加強區(qū)配筋簡圖按短肢墻設計,按短肢墻設計配筋大些,總結,下部轉換層上部短肢剪力墻結構，其加強區(qū)應按框支剪力墻結構的要求設計。 非加強區(qū)沒有特殊要求也可以按復雜高層設計，有特殊要求，可以按短肢剪力墻結構設計加強。 結構的位移控制、轉換層強制薄弱層、轉換梁、框支柱、配筋構造等等，均應按“復雜高層結構”控制、設計。,2。剪力墻邊緣構件設計及配筋控制,2.1。剪力墻邊緣構件的設置要求 2.2。剪力墻配筋存在的問題 2.3。剪力墻邊緣構件的設計,2.1。剪力墻邊緣構件的設置要求,高規(guī)的7.2.15條規(guī)定：抗震設計時，一、二級剪力墻結構底部加強部位及以上一層的墻肢設置約束邊緣構件，一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設計的剪力墻墻肢均應設置構造邊緣構件。 對于這兩類邊緣構件，程序都可以通過自動搜索確定。邊緣構件的一些特征尺寸、主筋面積、箍筋面積或者配箍率，用戶都可以在邊緣構件簡圖中看到。,約束邊緣構件的規(guī)范的要求,邊緣構件的配筋,新規(guī)范程序對于剪力墻配筋結果的表示提供兩張圖，一張是配筋簡圖中對于各個直線剪力墻段的配筋結果，另一張是邊緣構件配筋結果。值得注意的是：直線剪力墻段的暗柱主筋給出的是計算值，如果計算值小于零則取零，并不考慮構造要求；而邊緣構件簡圖中的配筋結果則同時考慮了鋼筋計算值和構造值，也即二者當中取大。簡言之，剪力墻的配筋結果以邊緣構件簡圖為準，直線剪力墻段的配筋圖僅供校核之用。,按單肢墻配筋的剪力墻配筋簡圖,形成邊緣構件的配筋,2.2。剪力墻配筋存在的問題,由于一般采取直線段配筋模式，所以產生以下問題: 對超長直線段墻，采用平截面假定配筋，截面剛度估計偏大，配筋偏小。尤其是地下室外墻的配筋問題。而把長墻分段配筋也是沒有依據(jù)的。 對有面外墻相連的直線段墻，沒有考慮面外墻的翼緣作用，如果考慮翼緣作用，則配筋將減少。 對弧墻的配筋，目前沒有好的辦法。 當有邊框柱與墻相連時，沒有考慮邊框柱與墻的共同工作，使得邊框柱和與之相連的剪力墻配筋都偏大。,L形邊緣構件的配筋，是兩個墻肢配筋的疊加，這樣L形邊緣構件的配筋將偏大。 帶邊框柱的邊緣構件配筋，是柱配筋與墻配筋的疊加，則這樣的邊緣構件配筋也偏大。 弧墻的邊緣構件配筋，有時生成得不對，要注意察看、復核。 超長墻產生的邊緣構件，由于受到配筋合理性的影響，也需要復核。 對于多肢斜交墻肢的端部，是多個墻肢配筋的疊加，造成這個邊緣構件配筋很大，須注意。,邊緣構件配筋存在的問題,超長墻的配筋,超長墻分段配筋,L形邊緣構件的配筋,弧墻的配筋,多肢斜交邊緣構件的配筋,邊框柱的配筋,由此產生的邊緣構件的配筋,2.3。剪力墻邊緣構件的設計,加強區(qū)約束邊緣構件剪力墻加強區(qū)及約束邊緣構件的確定： 加強區(qū)按要求取1/81/10的結構總高度，并不小于2層。 在加強區(qū)及以上一層為約束邊緣構件。 加強區(qū)的設計調整系數(shù)與非加強區(qū)不同。 地下室程序自動認為是加強區(qū)，也可用人工指定加強區(qū)的起算層號的手段來指定地下室為非加強區(qū)。 有地下室時，程序自動扣除地下室的高度計算加強區(qū)。,邊緣構件設計注意事項,當兩個邊緣構件靠的很近時，程序會自動考慮合并。 邊框柱作為剪力墻的一部分與墻共同工作，邊框柱按柱配筋作為參考。 邊緣構件的配筋，尤其是L形端部，按分段直線段配筋有時過大，可以考慮鋼筋的共用，如考慮翼緣的作用，兩個方向的配筋可以取大值，至少可以減去中間部分的鋼筋面積。 邊緣構件中的箍筋按構造要求配置，尤其是一、二級抗震等級的邊緣構件。,剪力墻加強區(qū)起算層號,加強區(qū)層數(shù)，下部要扣除“起算層號”,單肢墻的軸壓比,L形邊緣構件的配筋可以適當減少,帶邊框柱的邊緣構件的配筋可以減少,多肢斜交邊緣構件的配筋可以減少,三、剪力墻的剛度和地震作用,為什么剪力墻結構配筋容易超限？ 剪力墻結構的特點是：剛度大、地震作用大，墻的長度變化較大，造成剛度不均勻性較大，地震力容易集中，造成局部設計超限。且不容易調整。 要調整、改善剪力墻結構的設計，主要從調整剛度入手。如果地震作用很大，則再增加截面和材料強度也是收效甚微的。 短一些的墻肢、或墻肢長度均勻，可以部分彌補這些缺點。而采用短肢剪力墻結構，由于肢長太短，又帶來新的問題。,墻肢配筋超限,墻梁配筋超限,地震內力起主要作用,地震內力起主要作用,如何調整剪力墻的剛度？ 當結構布置造成剛度過大，地震作用太大時，減弱剪力墻的剛度是一個很有效的方法之一。 剛度下降，地震作用減少，則構件設計可以通過。 減少剛度的方法可以用開大洞、去掉一些內墻的方法。 剛度減小會不會位移不夠？ 剛度、地震力、位移是三個相互耦合的分析結果。但主要看剛度和地震力準跑的快，準就占主導地位。當剛度下降的過快，則位移就有可能不夠。 結構分析的反復調整，就是對剛度、地震力、位移的不斷調整，以達到一個理想的結果。,連梁應采用怎樣的計算模型？對結構剛度有什么影響？ 由墻開洞產生的連梁，對結構的整體剛度影響是很大的。不同的連梁剛度模型（殼元、桿元），計算結果會產生較大的差異。 即使采用同一種模型，如殼元，單元劃分的不同，差異也會較大。 連梁剛度變化，對整體結構影響較大，它是整體結構的剛度調節(jié)器。 兩端剪力墻中的連梁，起到傳遞水平剪力的作用，所以當兩端剪力墻剛度很大（墻很長）時，墻吸收很大的地震力，則連梁往往抗剪超限。,連梁殼單元劃分,連梁與墻的協(xié)調節(jié)點,框架梁與墻的協(xié)調節(jié)點,連梁不同的分析模型,連梁桿單元模型,連梁的單元劃分方式1,連梁與墻的協(xié)調節(jié)點,框架梁與墻的協(xié)調節(jié)點,連梁的單元劃分方式2,連梁不同的單元劃分,超限連梁兩端剪力墻較長,不同的剪力墻分析模型有什么區(qū)別？ 目前常用的剪力墻分析模型，