《中國石油大學(xué)高層》PPT課件.ppt

1、2020/11/3,1,多層與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),中國石油大學(xué)建筑工程系,第九章 剪力墻設(shè)計(jì)與構(gòu)造,高福聚,博士 副教授,2020/11/3,2,第九章 剪力墻設(shè)計(jì)與構(gòu)造,概述 剪力墻的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求 剪力墻墻肢的構(gòu)造要求 連梁截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求,通過本章學(xué)習(xí)，了解懸臂剪力墻抗震要點(diǎn)。掌握懸臂剪力墻的剪力、彎矩大小的計(jì)算方法以及構(gòu)造要求。了解聯(lián)肢剪力墻中的連梁、墻肢的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，要求。掌握聯(lián)肢剪力墻的剪力、彎矩大小的計(jì)算方法以及構(gòu)造要求。了解有邊框剪力墻設(shè)計(jì)以及抗震要求。了解底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及抗震設(shè)計(jì)的要求，要點(diǎn)以及方法。,2020/11/3,3,確定剪力墻

2、的厚度 剪力墻內(nèi)力設(shè)計(jì)值的調(diào)整,概 述,2020/11/3,4,一、確定剪力墻的厚度,剪力墻厚度的大小與建筑物的層數(shù)、高度、荷載大小、抗側(cè)剛度、截面承載力、平面外穩(wěn)定、開裂、減輕自重、軸壓比的要求及施工條件等因素有關(guān)，一般根據(jù)結(jié)構(gòu)的剛度和承載力要求確定。對于有抗震設(shè)防要求的剪力墻，底部加強(qiáng)區(qū)的厚度宜適當(dāng)增大剪力墻最小厚度的選用還需要保證墻體本身的穩(wěn)定和施工方便。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定剪力墻的厚度，也可采用下列公式來估算剪力墻的厚度。,1保證剪力墻穩(wěn)定的墻體厚度,2剪力墻厚度確定的簡易公式,3剪力墻穩(wěn)定計(jì)算,2020/11/3,5,保證剪力墻穩(wěn)定的墻體厚度,剪力墻的厚度bw及尺寸應(yīng)滿

3、足下列最低要求： （1）按抗震等級為一、二級設(shè)計(jì)時(shí)： 一般剪力墻的厚度： bwh/20 且 bw160mm （9.1a） 底部加強(qiáng)部位（指墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，且不大于15m）的墻體厚度 bwh/16 且 bw200mm （9.1b） 無端柱或翼墻的一字形剪力墻的截面厚度 bwh/15 且 bw180mm （9.1c） 底部加強(qiáng)部位厚度 bwh/12 （9.1d） 式中bw剪力墻厚度； h樓層層高或剪力墻無支承長度。 （2）按抗震等級為三、四級和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)： 剪力墻的厚度bw及尺寸應(yīng)滿足下列最低要求： bwh/25 且 bw160mm （9.2a） 其底部加強(qiáng)部位厚度 b

4、wh/20 且 bw160mm （9.2b） 剪力墻井筒中、分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當(dāng)減小，但不宜小于160mm。因?yàn)橐话慵袅矁?nèi)，分隔空間的墻數(shù)量多而長度不大，兩端嵌固好，為了減輕結(jié)構(gòu)自重，增加筒內(nèi)使用面積，墻厚可減小。,2020/11/3,6,剪力墻厚度確定的簡易公式,對常用的住宅、旅館和辦公樓一類較大開間（小于8m）的剪力墻，在工程設(shè)計(jì)的多方案比較階段，設(shè)計(jì)人員可采用下列經(jīng)驗(yàn)公式快速簡易地初步確定剪力墻的厚度。對小開間（小于4m）剪力墻，墻體厚度還可適當(dāng)改薄。 9度設(shè)防時(shí)， bw（1415）n 且 bw160 mm （9.3a） 8度設(shè)防時(shí)， bw（1213）n 且 bw

5、160 mm （9.3b） 7度設(shè)防和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)， bw（1011）n 且 bw160 mm （9.3c） 式中n建筑物結(jié)構(gòu)總層數(shù)。 公式（9.3）中剪力墻的厚度僅是指底層處的；當(dāng)要估算任意層高度處剪力墻厚度時(shí)，n可理解為所需估算墻體厚度處以上的結(jié)構(gòu)總層數(shù)。公式（9.3）中的常數(shù)項(xiàng)上下限取值，可根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級和剪力墻間距（開間）大小而定。剪力墻最小厚度應(yīng)滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ32002/J1862002的要求。 當(dāng)剪力墻厚度不滿足上面各式的要求時(shí)，應(yīng)按下式驗(yàn)算剪力墻的穩(wěn)定。,2020/11/3,7,剪力墻穩(wěn)定計(jì)算,剪力墻墻肢應(yīng)滿足下式的穩(wěn)定要求：,式中 q作用于墻頂?shù)呢Q向均

6、布荷載設(shè)計(jì)值； Ec剪力墻混凝土彈性模量； t剪力墻墻肢截面厚度； l0剪力墻墻肢計(jì)算長度，應(yīng)按下式采用： l0h 其中h墻肢所在樓層的層高； 墻肢計(jì)算長度系數(shù)。,應(yīng)根據(jù)墻肢的支承條件按下列幾種情況確定：,2020/11/3,8,應(yīng)根據(jù)墻肢的支承條件按下列幾種情況確定：,（2）T形、工字形剪力墻的翼緣墻肢（三邊支承）： ,式中hfT形、工字形剪力墻的單側(cè)翼緣截面高度。 當(dāng)計(jì)算結(jié)果小于0.25時(shí)，取0.25。,（3）T形剪力墻的腹板墻肢（三邊支承）： ,式中hwT形、工字形剪力墻的單側(cè)翼緣截面高度。 當(dāng)計(jì)算結(jié)果小于0.25時(shí)，取0.25。,（4）工字形剪力墻的腹板墻肢（四邊支承）： ,當(dāng)計(jì)算結(jié)果

7、小于0.20時(shí)，取0.20。,（1）單片獨(dú)立墻肢： 1.0,2020/11/3,9,二、剪力墻內(nèi)力設(shè)計(jì)值的調(diào)整,1剪力墻截面組合彎矩設(shè)計(jì)值的調(diào)整,2強(qiáng)剪弱彎的剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整,3雙肢剪力墻內(nèi)力設(shè)計(jì)值的調(diào)整,2020/11/3,10,剪力墻截面組合彎矩設(shè)計(jì)值的調(diào)整,如果完全按等效靜力法確定的剪力墻彎矩圖的變化配筋，塑性鉸就可能沿墻高任何位置發(fā)生。為了提高剪力墻的延性，以增加結(jié)構(gòu)的變形能力，獲得經(jīng)濟(jì)合理的效果，應(yīng)設(shè)法使塑性鉸在墻的底部產(chǎn)生。一級抗震等級設(shè)計(jì)的剪力墻各截面彎矩的調(diào)整如圖所示。 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ32002/J1862002規(guī)定，一級抗震等級的剪力墻，應(yīng)按照設(shè)計(jì)意圖控制塑性

8、鉸的出現(xiàn)部位，在其他部位則應(yīng)保證不出現(xiàn)塑性鉸。 因此，一級抗震等級的剪力墻各墻肢截面組合彎矩的設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列規(guī)定采用： 1）一級抗震等級的剪力墻底部加強(qiáng)部位及以上一層，應(yīng)按墻肢底部截面組合彎矩設(shè)計(jì)值采用。 2）一級抗震等級的剪力墻其他部位，墻肢截面組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)，其值可采用1.2。 其他抗震等級和非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻的彎矩設(shè)計(jì)值，采用墻肢截面最不利組合的彎矩計(jì)算值。,2020/11/3,11,強(qiáng)剪弱彎的剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，為了體現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的原則，加強(qiáng)一、二、三級剪力墻墻肢底部加強(qiáng)部位的抗剪能力，避免過早出現(xiàn)剪切破壞，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎，剪力墻底部加強(qiáng)部位的剪力設(shè)計(jì)值要乘以增大系數(shù)

9、，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)的剪力設(shè)計(jì)值Vw一、二、三級抗震等級時(shí)應(yīng)按下式調(diào)整，四級抗震等級及無地震作用組合時(shí)可不調(diào)整。 VwvwVw 在設(shè)防烈度為9度時(shí)，剪力墻底部加強(qiáng)部位尚應(yīng)符合： Vw1.1,式中 Mwua剪力墻底部按實(shí)配鋼筋計(jì)算時(shí)，考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)的正截面受彎承載力值； Mw、Vw考慮地震作用組合的剪力墻墻肢底部加強(qiáng)部位截面的彎矩設(shè)計(jì)值、剪力設(shè)計(jì)值； vw抗震墻剪力增大系數(shù)，一級為1.6，二級為1.4，三級為1.2。,Vw,2020/11/3,12,雙肢剪力墻內(nèi)力設(shè)計(jì)值的調(diào)整,對于雙肢剪力墻，如果有一個(gè)墻肢出現(xiàn)小偏心受拉，該墻肢可能會出現(xiàn)水平通縫而失去抗剪能力，由荷載產(chǎn)生的剪力將全部

10、轉(zhuǎn)移給另一個(gè)墻肢，導(dǎo)致其抗剪承載力不足，因此在雙肢墻中墻肢不宜出現(xiàn)小偏心受拉。設(shè)計(jì)中可通過調(diào)整剪力墻長度或連梁尺寸避免出現(xiàn)小偏心受拉的墻肢。 當(dāng)墻肢出現(xiàn)大偏心受拉時(shí)，墻肢會出現(xiàn)裂縫，使其剛度降低，剪力將在兩墻肢中進(jìn)行重分配。由于內(nèi)力重分布，剪力向無裂縫的另一個(gè)墻肢轉(zhuǎn)移，使另一個(gè)墻肢內(nèi)力加大為此，可將另一墻肢按彈性計(jì)算的彎矩設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)1.25，以提高其抗剪承載力。,2020/11/3,13,第二節(jié) 剪力墻截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求,一、墻肢正截面抗彎承載力計(jì)算,二、墻肢斜截面抗剪承載力計(jì)算,三、墻肢施工縫的抗滑移計(jì)算,2020/11/3,14,一、墻肢正截面抗彎承載力計(jì)算,1大、小偏

11、心受壓的判別 2墻肢正截面大偏心受壓承載力計(jì)算 3墻肢正截面小偏心受壓承載力計(jì)算 4墻肢正截面大偏心受拉承載力計(jì)算,2020/11/3,15,根據(jù)平截面假定，在軸力和彎矩共同作用下，墻截面應(yīng)變?yōu)橹本€分布，因此與鋼筋混凝土柱相同，可以得到平衡配筋時(shí)名義壓區(qū)高度xb與截面有效高度比值：,與鋼筋混凝土柱相同，由b可以判斷墻截面是屬于大偏心受壓，還是小偏心受壓。,大、小偏心受壓的判別 大、小偏心受壓的判別方法與偏心受壓柱相同。 當(dāng)b時(shí)，為大偏心受壓；當(dāng)b時(shí)，為小偏心受壓。其中為墻肢相對受壓區(qū)高度，b為墻肢相對界限受壓區(qū)高度。,式中1混凝土等效矩形受壓區(qū)高度與中和軸高度的比值。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級不大于C5

12、0時(shí)，取0.8；當(dāng)為C80時(shí)，取0.74；其他情況按線性內(nèi)插取用； fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Es鋼筋彈性模量。,2020/11/3,16,矩形截面墻肢大偏心受壓極限應(yīng)力分布,2020/11/3,17,矩形截面墻肢小偏心受壓極限應(yīng)力分布,2020/11/3,18,矩形截面墻肢大偏心受拉極限應(yīng)力分布,2020/11/3,19,二、墻肢斜截面抗剪承載力計(jì)算,1剪力墻墻肢最小截面尺寸 2偏心受壓剪力墻斜截面抗剪承載力計(jì)算 3偏心受拉剪力墻斜截面抗剪承載力計(jì)算,2020/11/3,20,剪力墻墻肢最小截面尺寸,為了避免剪力墻產(chǎn)生斜壓破壞，要限制剪壓比，即混凝土截面平均剪應(yīng)力與混凝土抗壓強(qiáng)度的比值。剪力

13、墻的剪壓比值過高，會在早期出現(xiàn)斜裂縫，抗剪鋼筋不能充分發(fā)揮作用，即使配置很多的抗剪鋼筋，也會過早發(fā)生剪切斜壓破壞。為此，剪力墻的截面尺寸應(yīng)符合下列要求：,2020/11/3,21,偏心受壓剪力墻斜截面抗剪承載力計(jì)算,對偏心受壓構(gòu)件，軸壓力有利于抗剪承載力，但當(dāng)壓力增大到一定程度后，對抗剪的有利作用減小，因此對軸壓力的取值應(yīng)加以限制。 剪力墻在偏心受壓時(shí)的斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算：,2020/11/3,22,偏心受拉剪力墻斜截面抗剪承載力計(jì)算,偏心受拉構(gòu)件中，考慮了軸向拉力的不利影響，軸力項(xiàng)取負(fù)值。剪力墻在偏心受拉時(shí)的斜截面受剪承載力，應(yīng)按下列公式計(jì)算：,2020/11/3,23,三、墻

14、肢施工縫的抗滑移計(jì)算,按一級抗震等級設(shè)計(jì)的剪力墻，要防止水平施工縫處發(fā)生滑移。考慮了摩擦力的有利影響后，驗(yàn)算水平施工縫處的豎向鋼筋是否足以抵抗水平剪力。受剪承載力應(yīng)符合下式要求：,式中 Vw剪力墻施工縫處考慮地震作用組合的剪力設(shè)計(jì)值； fy豎向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； N施工縫處不利組合的軸向力設(shè)計(jì)值，壓力取正值，拉力取負(fù)值； As施工縫處剪力墻的豎向分布鋼筋、豎向插筋和邊緣構(gòu)件（不包括邊緣構(gòu)件以外的兩側(cè)翼墻）縱向鋼筋的總截面面積。,2020/11/3,24,1剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級 2軸壓比限值 3約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件 4剪力墻內(nèi)水平和豎向分布鋼筋的設(shè)置 5鋼筋的連接和錨固,第三節(jié) 剪

15、力墻墻肢的構(gòu)造要求,2020/11/3,25,剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級,為了保證剪力墻的承載能力、變形能力和耐久性，剪力墻混凝土的強(qiáng)度等級不宜太低。剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20，筒體結(jié)構(gòu)的核心筒和內(nèi)筒的混凝土強(qiáng)度等級不低于C25，以短肢剪力墻（截面長寬比為58）為主的結(jié)構(gòu)，其混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25。,2020/11/3,26,軸壓比限值,當(dāng)偏心受壓剪力墻軸力較大時(shí)，受壓區(qū)高度增大，與鋼筋混凝土柱相同，其延性降低。研究表明，剪力墻的邊緣構(gòu)件（暗柱、明柱、翼柱）有橫向鋼筋的約束，可改善混凝土的受壓性能，增大延性。為了保證在地震作用下的鋼筋混凝土剪力墻具有足夠的延性，高層建筑混凝

16、土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ32002/J1862002規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二級抗震等級剪力墻的底部加強(qiáng)部位，在重力荷載代表值作用下的軸壓比不宜超過表9.2的限值。 延性不僅與軸壓比有關(guān)，而且還與截面的形狀有關(guān)。在相同的軸壓力作用下，帶翼緣的剪力墻延性較好，一字形截面剪力墻最為不利，上述規(guī)定沒有區(qū)分工字形、T形和一字形截面，因此，設(shè)計(jì)時(shí)對一字形截面剪力墻墻肢的軸壓比應(yīng)從嚴(yán)掌握。,2020/11/3,27,約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件,（1）約束邊緣構(gòu)件,約束緣構(gòu)件設(shè)置在一、二級抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部。 約束邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)的主要措施是加大邊緣構(gòu)件的長度lc及其體積配箍率v，體積配

17、箍率v由配箍特征值v計(jì)算。約束邊緣構(gòu)件沿墻肢方向的長度lc和箍筋配箍特征值v宜符合表9.3的要求,2020/11/3,28,（2）構(gòu)造邊緣構(gòu)件,2020/11/3,29,2020/11/3,30,剪力墻內(nèi)水平和豎向分布鋼筋的設(shè)置,（1）剪力墻截面分布鋼筋的最小配筋率,（2）剪力墻分布鋼筋配筋方式,2020/11/3,31,鋼筋的連接和錨固,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻要求的鋼筋錨固長度為la，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻要求的鋼筋錨固長度為laE。 剪力墻水平和豎向分布鋼筋的搭接連接如圖所示。 一、二級抗震等級剪力墻的加強(qiáng)部位，接頭位置應(yīng)錯開，每次連接的鋼筋數(shù)量不宜超過總數(shù)量的50，錯開的凈距不宜小于500mm

18、；其他情況剪力墻的鋼筋可在同一部位連接。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，分布鋼筋的搭接長度不應(yīng)小于1.2la；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)小于1.2laE。暗柱及端柱內(nèi)縱向鋼筋連接和錨固要求宜與框架柱相同。,2020/11/3,32,連梁最小截面尺寸 連梁截面承載力計(jì)算 連梁彎矩設(shè)計(jì)值的調(diào)幅 連梁的構(gòu)造要求,第四節(jié) 連梁截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求,2020/11/3,33,連梁最小截面尺寸,連梁對剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能有較大的影響。研究表明，若連梁截面的平均剪應(yīng)力過大，箍筋就不能充分發(fā)揮作用，連梁就會發(fā)生剪切破壞，尤其是在連梁跨高比較小的情況下。為此應(yīng)限制連梁截面的平均剪應(yīng)力。為了避免連梁中斜裂縫過早出現(xiàn)，體現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎，連梁截面尺寸

19、應(yīng)符合下列要求：,2020/11/3,34,連梁的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：,2020/11/3,35,連梁截面承載力計(jì)算,1連梁正截面受彎承載力 2連梁斜截面受剪承載力計(jì)算,2020/11/3,36,連梁彎矩設(shè)計(jì)值的調(diào)幅,為了使連梁彎曲屈服，應(yīng)降低連梁的彎矩設(shè)計(jì)值，方法是彎矩調(diào)幅?？拐鸺袅χ械倪B梁可以進(jìn)行塑性調(diào)幅，以改善其延性，同時(shí)也容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)墻弱梁的設(shè)計(jì)目標(biāo)。一般是調(diào)整彎矩較大的一些連梁，當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后，其余連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)提高，以滿足平衡條件。 連梁的調(diào)幅要求如圖所示。連梁調(diào)幅后的彎矩設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于風(fēng)荷載作用所得的彎矩設(shè)計(jì)值，或不低于比設(shè)防烈度低一度的地震作用

20、時(shí)計(jì)算所得的彎矩設(shè)計(jì)值，且不應(yīng)小于調(diào)幅前彎矩的0.8倍（設(shè)防烈度6 7度）或0.55倍（設(shè)防烈度89度）。,2020/11/3,37,連梁的構(gòu)造要求,縱向受力鋼筋伸入墻內(nèi)的錨固長度 斜向交叉構(gòu)造鋼筋 連梁全長箍筋的構(gòu)造要求 連梁的腰筋配置 剪力墻墻面和連梁開洞時(shí)的構(gòu)造要求,2020/11/3,38,縱向受力鋼筋伸入墻內(nèi)的錨固長度,連梁頂面、底面縱向受力鋼筋伸入墻內(nèi)的錨固長度，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于laE；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于la，且伸入墻內(nèi)長度不應(yīng)小于600mm。 在頂層連梁縱向鋼筋伸入墻體的長度范圍內(nèi)，應(yīng)配置間距不大于150mm的構(gòu)造箍筋，構(gòu)造箍筋直徑與該連梁的箍筋直徑相同。,2020/11/3

21、,39,斜向交叉構(gòu)造鋼筋,一、二級抗震等級剪力墻，當(dāng)跨高比不大于2，且墻厚不小于200mm的連梁，除普通箍筋外宜另設(shè)斜向交叉構(gòu)造鋼筋；跨高比不大于1的連梁，應(yīng)采用交叉暗斜撐配筋。 圖9.10所示為交叉斜撐構(gòu)造。為防止斜筋壓屈，必須用矩形箍筋或螺旋箍筋與斜向交叉鋼筋綁在一起，成為交叉斜撐。試驗(yàn)研究表明，連梁內(nèi)配置交叉斜撐，連梁的剪力由交叉斜撐承擔(dān)，可以有效地改善小跨高比連梁的抗剪性能，這種連梁延性很好。配置交叉斜撐的連梁厚度不能小于300mm。連梁交叉斜撐的鋼筋面積由剪力形成的拉、壓力計(jì)算確定；斜撐內(nèi)至少有4根縱向鋼筋，鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm。用箍筋時(shí)，兩端設(shè)置箍筋加密區(qū)，其長度不小于600mm及梁截面厚度的2倍，箍筋間距不大于100mm；非加密區(qū)箍筋間距不大于200mm及梁截面寬度的一半。,2020/11/3,40,連梁全長箍筋的構(gòu)造要求,抗震剪力墻中，沿連梁全長箍筋的構(gòu)造要求應(yīng)按框架梁梁端加密區(qū)箍筋構(gòu)造要求采用；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，沿連梁全長箍筋直徑不應(yīng)