中国石油大学高层课件9

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,多层与高层建筑结构设计,中国石油大学建筑工程系,第九章 剪力墙设计与构造,高福聚,博士 副教授,2024/10/2,1,第九章 剪力墙,设计与构造,概述,剪力墙的截面设计及构造要求,剪力墙墙肢的构造要求,连梁截面设计及构造要求,剪力墙结构的布置要求,通过本章学习，了解悬臂剪力墙抗震要点。掌握悬臂剪力墙的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。了解联肢剪力墙中的连梁、墙肢的抗震设计要点，要求。掌握联肢剪力墙的剪力、弯矩大小的计算方法以及构造要求。了解有边框剪力墙设计以及抗震要求。了解底层大空间剪力墙结构设计以及抗震设计的要求，要点以及方法。,2024/10/2,2,确定剪力墙的厚度,剪力墙内力设计值的调整,概 述,2024/10/2,3,一、确定剪力墙的厚度,剪力墙厚度的大小与建筑物的层数、高度、荷载大小、抗侧刚度、截面承载力、平面外稳定、开裂、减轻自重、轴压比的要求及施工条件等因素有关，一般根据结构的刚度和承载力要求确定。对于有抗震设防要求的剪力墙，底部加强区的厚度宜适当增大剪力墙最小厚度的选用还需要保证墙体本身的稳定和施工方便。在工程设计时，主要是根据经验来确定剪力墙的厚度，也可采用下列公式来估算剪力墙的厚度。,1,保证剪力墙稳定的墙体厚度,2,剪力墙厚度确定的简易公式,3,剪力墙稳定计算,2024/10/2,4,保证剪力墙稳定的墙体厚度,剪力墙的厚度,b,w,及尺寸应满足下列最低要求：,（,1,）按抗震等级为一、二级设计时：,一般剪力墙的厚度：,b,w,h/,20,且,b,w160mm,（,9.1a,）,底部加强部位（指墙肢总高度的,1/8,和底部两层二者的较大值，且不大于,15m,）的墙体厚度,b,w,h/,16,且,b,w200mm,（,9.1b,）,无端柱或翼墙的一字形剪力墙的截面厚度,b,w,h/,15,且,b,w180mm,（,9.1c,）,底部加强部位厚度,b,w,h/,12,（,9.1d,）,式中,b,w,剪力墙厚度；,h,楼层层高或剪力墙无支承长度。,（,2,）按抗震等级为三、四级和非抗震设计时：,剪力墙的厚度,b,w,及尺寸应满足下列最低要求：,b,w,h/,25,且,b,w160mm,（,9.2a,）,其底部加强部位厚度,b,w,h/,20,且,b,w160mm,（,9.2b,）,剪力墙井筒中、分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小，但不宜小于,160mm,。因为一般剪力墙井筒内，分隔空间的墙数量多而长度不大，两端嵌固好，为了减轻结构自重，增加筒内使用面积，墙厚可减小。,2024/10/2,5,剪力墙厚度确定的简易公式,对常用的住宅、旅馆和办公楼一类较大开间（小于,8m,）的剪力墙，在工程设计的多方案比较阶段，设计人员可采用下列经验公式快速简易地初步确定剪力墙的厚度。对小开间（小于,4m,）剪力墙，墙体厚度还可适当改薄。,9,度设防时，,b,w,（,14,15,）,n,且,b,w,160 mm,（,9.3a,）,8,度设防时，,b,w,（,12,13,）,n,且,b,w,160 mm,（,9.3b,）,7,度设防和非抗震设计时，,b,w,（,10,11,）,n,且,b,w,160 mm,（,9.3c,）,式中,n,建筑物结构总层数。,公式（,9.3,）中剪力墙的厚度仅是指底层处的；当要估算任意层高度处剪力墙厚度时，,n,可理解为所需估算墙体厚度处以上的结构总层数。公式（,9.3,）中的常数项上下限取值，可根据混凝土强度等级和剪力墙间距（开间）大小而定。剪力墙最小厚度应满足,高层建筑混凝土结构技术规程,JGJ32002/J1862002,的要求。,当剪力墙厚度不满足上面各式的要求时，应按下式验算剪力墙的稳定。,2024/10/2,6,剪力墙稳定计算,剪力墙墙肢应满足下式的稳定要求,：,式中,q,作用于墙顶的竖向均布荷载设计值；,E,c,剪力墙混凝土弹性模量；,t,剪力墙墙肢截面厚度；,l,0,剪力墙墙肢计算长度，应按下式采用：,l,0,h,其中,h,墙肢所在楼层的层高；,墙肢计算长度系数。,应根据墙肢的支承条件按下列几种情况确定：,2024/10/2,7,应根据墙肢的支承条件按下列几种情况确定：,（,2,）,T,形、工字形剪力墙的翼缘墙肢（三边支承）：,式中,h,f,T,形、工字形剪力墙的单侧翼缘截面高度。,当,计算结果小于,0.25,时，取,0.25,。,（,3,）,T,形剪力墙的腹板墙肢（三边支承）：,式中,h,wT,形、工字形剪力墙的单侧翼缘截面高度。,当,计算结果小于,0.25,时，取,0.25,。,（,4,）工字形剪力墙的腹板墙肢（四边支承）：,当,计算结果小于,0.20,时，取,0.20,。,（,1,）单片独立墙肢：,1.0,2024/10/2,8,二、剪力墙内力设计值的调整,1,剪力墙截面组合弯矩设计值的调整,2,强剪弱弯的剪力设计值调整,3,双肢剪力墙内力设计值的调整,2024/10/2,9,剪力墙截面组合弯矩设计值的调整,如果完全按等效静力法确定的剪力墙弯矩图的变化配筋，塑性铰就可能沿墙高任何位置发生。为了提高剪力墙的延性，以增加结构的变形能力，获得经济合理的效果，应设法使塑性铰在墙的底部产生。一级抗震等级设计的剪力墙各截面弯矩的调整如图所示。,高层建筑混凝土结构技术规程,JGJ32002/J1862002,规定，一级抗震等级的剪力墙，应按照设计意图控制塑性铰的出现部位，在其他部位则应保证不出现塑性铰。,因此，一级抗震等级的剪力墙各墙肢截面组合弯矩的设计值应按下列规定采用：,1,）一级抗震等级的剪力墙底部加强部位及以上一层，应按墙肢底部截面组合弯矩设计值采用。,2,）一级抗震等级的剪力墙其他部位，墙肢截面组合弯矩设计值应乘以增大系数，其值可采用,1.2,。,其他抗震等级和非抗震设计的剪力墙的弯矩设计值，采用墙肢截面最不利组合的弯矩计算值。,2024/10/2,10,强剪弱弯的剪力设计值调整,抗震设计时，为了体现强剪弱弯的原则，加强一、二、三级剪力墙墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早出现剪切破坏，实现强剪弱弯，剪力墙底部加强部位的剪力设计值要乘以增大系数，剪力墙底部加强区范围内的剪力设计值,V,w,一、二、三级抗震等级时应按下式调整，四级抗震等级及无地震作用组合时可不调整。,V,w,vw,V,w,在设防烈度为,9,度时，剪力墙底部加强部位尚应符合：,V,w,1.1,式中,M,wua,剪力墙底部按实配钢筋计算时，考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值；,M,w,、,V,w,考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加强部位截面的弯矩设计值、剪力设计值；,vw,抗震墙剪力增大系数，一级为,1.6,，二级为,1.4,，三级为,1.2,。,V,w,2024/10/2,11,双肢剪力墙内力设计值的调整,对于双肢剪力墙，如果有一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢可能会出现水平通缝而失去抗剪能力，由荷载产生的剪力将全部转移给另一个墙肢，导致其抗剪承载力不足，因此在双肢墙中墙肢不宜出现小偏心受拉。设计中可通过调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉的墙肢。,当墙肢出现大偏心受拉时，墙肢会出现裂缝，使其刚度降低，剪力将在两墙肢中进行重分配。由于内力重分布，剪力向无裂缝的另一个墙肢转移，使另一个墙肢内力加大为此，可将另一墙肢按弹性计算的弯矩设计值和剪力设计值乘以增大系数,1.25,，以提高其抗剪承载力。,2024/10/2,12,第二节 剪力墙截面设计及构造要求,一、墙肢正截面抗弯承载力计算,二、墙肢斜截面抗剪承载力计算,三、墙肢施工缝的抗滑移计算,2024/10/2,13,一、墙肢正截面抗弯承载力计算,1,大、小偏心受压的判别,2,墙肢正截面大偏心受压承载力计算,3,墙肢正截面小偏心受压承载力计算,4,墙肢正截面大偏心受拉承载力计算,2024/10/2,14,根据平截面假定，在轴力和弯矩共同,作用下，墙截面应变为直线分布，因此与钢筋混凝土柱相同，可以得到平衡配筋时名义压区高度,x,b,与截面有效高度比值：,与钢筋混凝土柱相同，由,b,可以判断墙截面是属于大偏心受压，还是小偏心受压。,大、小偏心受压的判别,大、小偏心受压的判别方法与偏心受压柱相同。,当,b,时，为大偏心受压；当,b,时，为小偏心受压。其中,为墙肢相对受压区高度，,b,为墙肢相对界限受压区高度。,式中,1,混凝土等效矩形受压区高度与中和轴高度的比值。当混凝土强度等级不大于,C50,时，取,0.8,；当为,C80,时，取,0.74,；其他情况按线性内插取用；,f,y,钢筋抗拉强度设计值；,E,s,钢筋弹性模量。,2024/10/2,15,矩形截面墙肢大偏心受压极限应力分布,2024/10/2,16,矩形截面墙肢小偏心受压极限应力分布,2024/10/2,17,矩形截面墙肢大偏心受,拉,极限应力分布,2024/10/2,18,二、墙肢斜截面抗剪承载力计算,1,剪力墙墙肢最小截面尺寸,2,偏心受压剪力墙斜截面抗剪承载力计算,3,偏心受拉剪力墙斜截面抗剪承载力计算,2024/10/2,19,剪力墙墙肢最小截面尺寸,为了避免剪力墙产生斜压破坏，要限制剪压比，即混凝土截面平均剪应力与混凝土抗压强度的比值。剪力墙的剪压比值过高，会在早期出现斜裂缝，抗剪钢筋不能充分发挥作用，即使配置很多的抗剪钢筋，也会过早发生剪切斜压破坏。为此，剪力墙的截面尺寸应符合下列要求：,2024/10/2,20,偏心受压剪力墙斜截面抗剪承载力计算,对偏心受压构件，轴压力有利于抗剪承载力，但当压力增大到一定程度后，对抗剪的有利作用减小，因此对轴压力的取值应加以限制。,剪力墙在偏心受压时的斜截面受剪承载力应按下列公式计算：,2024/10/2,21,偏心受拉剪力墙斜截面抗剪承载力计算,偏心受拉构件中，考虑了轴向拉力的不利影响，轴力项取负值。剪力墙在偏心受拉时的斜截面受剪承载力，应按下列公式计算：,2024/10/2,22,三、墙肢施工缝的抗滑移计算,按一级抗震等级设计的剪力墙，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，验算水平施工缝处的竖向钢筋是否足以抵抗水平剪力。受剪承载力应符合下式要求：,式中,V,w,剪力墙施工缝处考虑地震作用组合的剪力设计值；,f,y,竖向钢筋抗拉强度设计值；,N,施工缝处不利组合的轴向力设计值，压力取正值，拉力取负值；,A,s,施工缝处剪力墙的竖向分布钢筋、竖向插筋和边缘构件（不包括边缘构件以外的两侧翼墙）纵向钢筋的总截面面积。,2024/10/2,23,1,剪力墙结构的混凝土强度等级,2,轴压比限值,3,约束边缘构件和构造边缘构件,4,剪力墙内水平和竖向分布钢筋的设置,5,钢筋的连接和锚固,第三节 剪力墙墙肢的构造要求,2024/10/2,24,剪力墙结构的混凝土强度等级,为了保证剪力墙的承载能力、变形能力和耐久性，剪力墙混凝土的强度等级不宜太低。剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于,C20,，筒体结构的核心筒和内筒的混凝土强度等级不低于,C25,，以短肢剪力墙（截面长宽比为,5,8,）为主的结构，其混凝土强度等级不应低于,C25,。,2024/10/2,25,轴压比限值,当偏心受压剪力墙轴力较大时，受压区高度增大，与钢筋混凝土柱相同，其延性降低。研究表明，剪力墙的边缘构件（暗柱、明柱、翼柱）有横向钢筋的约束，可改善混凝土的受压性能，增大延性。为了保证在地震作用下的钢筋混凝土剪力墙具有足够的延性，,高层建筑混凝土结构技术规程,JGJ3,2002/J186,2002,规定，抗震设计时，一、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位，在重力荷载代表值作用下的轴压比不宜超过表,9.2,的限值。,延性不仅与轴压比有关，而且还与截面的形状有关。在相同的轴压力作用下，带翼缘的剪力墙延性较好，一字形截面剪力墙最为不利，上述规定没有区分工字形、,T,形和一字形截面，因此，设计时对一字形截面剪力墙墙肢的轴压比应从严掌握。,2024/10/2,26,约束边缘构件和构造边缘构