高层建筑结构设计第七章

高层建筑结构设计西南科技大学土木工程与建筑学院第七章钢筋混凝土剪力墙设计§7.1延性剪力墙的抗震设计概念一、剪力墙结构特性1.剪力墙刚度大，风或小震作用下的变形小，容易满足层间位移角限值和风作用下的舒适度的要求；2.承载力大；3.合理设计时，具有良好的延性和耗能能力，抗地震倒塌能力强；4.在框-剪结构中，是第一道抗震防线，其抗震措施的要求比相同抗震等级的框架结构适当的降低。二、剪力墙类型1.实体墙（图（a))2.联肢墙（图（b))3.框支墙（图（c))4.有边框墙（图（d))5.井筒（图（e))图7-1剪力墙类型§7.1延性剪力墙的抗震设计概念§7.1延性剪力墙的抗震设计概念三、剪力墙构件组成剪力墙构件组成墙肢在竖向和水平荷载作用下,墙肢内力有弯矩、轴力（拉、压）、剪力。应进行平面内偏心受压或偏心受拉承载力验算和斜截面承载力验算。连梁内力主要是弯矩、和剪力。应进行受弯承载力验算和斜截面承载力验算。§7.1延性剪力墙的抗震设计概念四、延性剪力墙实现1、强墙弱梁连梁塑性铰先于墙肢出现，利用连梁的塑性变形耗散地震能。（1）合理设置洞口，使剪力墙由墙肢、连梁构成，形成多道抗震设防；（2）合理设计连梁。§7.1延性剪力墙的抗震设计概念2、强剪弱弯地震力一般会使墙肢底部形成塑性铰，应提高其抗剪承载力，避免剪切破坏。（1）连梁：增大与弯矩设计值所对应的弯矩；（2）剪力墙：增大底部加强部位截面组合截面的剪力计算值等方法。§7.1延性剪力墙的抗震设计概念3、限值轴压比和墙肢设置约束边缘构件（1）限制墙肢轴压比—底部；（2）合理设置边缘构件—边柱。二者是保证剪力墙抗震性能的重要措施。4、设置底部加强部位规定：（1）有地下室房屋建筑，底部加强部位的高度从地下室顶板算起；（2）部分框支剪力墙结构的剪力墙，取框支层加框支层以上两层的高度及落地剪力墙总高度的1/10二者较大值。4、设置底部加强部位规定：（3）房屋高度大于24m时，底部加强部位的高度取底部2层和墙体总高度的1/10二者较大者；（4）房屋高度小于24m时，底部加强部位取地部一层；（5）当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位向下延伸到计算嵌固端。§7.1延性剪力墙的抗震设计概念5、连梁特殊措施§7.2墙肢设计（a）弯曲破坏（b）弯剪破坏（c）剪切破坏（d）滑移破坏图7-2实体墙破坏形态墙肢的破坏形态有：弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏。墙肢破坏形态§7.2墙肢设计7.2.1内力设计值1.剪力墙内力设计值：取控制截面最不利组合内力或对其调整后的内力。2.控制截面：墙肢底截面，墙厚、混凝土等级、配筋量改变的截面。3.一级抗震：弯矩设计取法为底部加强部位以及以上一层，采用墙肢底部截面组合的弯矩计算值；其他部位，取墙肢截面最不利组合的弯矩计算值乘以增大系数1.2作为弯矩设计值。4.其他抗震等级：直接采用墙肢截面最不利内力组合的弯矩设计值。一、内力设计值§7.2墙肢设计二、墙肢小偏心受拉控制1.部分框支剪力墙结构的落地剪力墙，不应出现小偏心受拉的墙肢；2.双肢剪力墙不宜出现小偏心受拉；当其中一个墙肢出现小偏心受拉时，另一墙肢的剪力设计值、弯矩设计值应乘以增大系数1.25。工程设计中，可以调整剪力墙长度或连梁尺寸避免出现小偏心受拉墙肢。墙肢的长度，一般不宜大于8m；减小连梁高度也可以减小墙肢轴力。§7.2墙肢设计三、墙肢截面的剪力组合值调整强剪弱弯：为实现墙肢底部加强部位的抗剪能力，避免过早出现剪切破坏，墙肢剪力计算值需要调整：wvwVV9级的一级可不按上式调整，应符合下式要求：1.1wuawwMVVM底部加强部位墙肢截面组合的剪力计算值墙肢放大系数抗震受弯承载力墙肢底部最不利组合弯矩计算值§7.2墙肢设计7.2.2墙肢偏心受压承载力计算在轴力和弯矩作用下墙肢的承载力计算类似于柱。破坏形态与设计方法同柱子，区别仅在于配筋方式不同。剪力墙配筋有：⑴端部纵筋；⑵水平分布筋；⑶竖向分布筋。验算压弯承载力时不考虑受压竖向分布筋的作用，仅考虑其受拉的作用。§7.2墙肢设计一.大偏压墙肢正截面设计aa’hwMNxhw-1.5xbw1cf0swyvwAfh'ysfA1cwfbx00(1.5)swyysfAx1.5x00(1.5)swyaa’hwMNxhw-1.5xbw1cf0swyvwAfh'ysfA1cwfbx00(1.5)swyysfA100(1.5)swcwy对称配筋，由力、力矩（对混凝土合力点取矩）的平衡：'00000(1.5)()()()2422s2019/8/916忽略x的二次项，整理：0'000(1)(1)()2swywswwyswwywswMMMfAxNhfAhahfA设计分析：两个方程、三个未知量（非对称配筋时会有四个未知量），设计时，一般先根据构造要求确定竖向分布筋，然后计算端部纵筋面积。公式适用条件：x'2a0()swsywMMAfha§7.2墙肢设计二、小偏压墙肢正截面设计1cf'ysfA1cwfbxssAaa’hwMNbwx截面大部分或全部受压，受拉钢筋一般达不到屈服，竖向分布筋的作用不再考虑。破坏形式同小偏压柱。§7.2墙肢设计'1cwysssNfbxfAA''100()()2cwwyswxNefbxhfAha基本公式为：02waheeea0/eMN§7.2墙肢设计10101000.43(0.8)()bcwwbcwwcwwbwNfbhNefbhfbhh对称配筋0210(10.5)()wcwssywNefbhAAfha非对称配筋，给定As,然后按7-10和式7-9b求解和。如，为全截面受压。sA0/wwhh010(/2)()wc§7.2墙肢设计'1cwysssNfbxfAA''100()()2cwwyswxNefbxhfAha基本公式为：02waheeea0/eMN§7.2墙肢设计三、偏拉墙肢正截面设计（1）大小偏拉界限：/2wha（2）大偏拉设计aa’hwMNxhw-1.5xbw1cf0swyvwAfh'ysfA1cwfbx00(1.5)swyysfA竖向分布筋作用同大偏压，基本公式也相同，只是轴力反号。§7.2墙肢设计§7.2墙肢设计aa’hwMNxhw-1.5xbw1cf0swyvwAfh'ysfA1cwfbx00(1.5)swyysfA对称配筋，受压区高度：101.5/ywswcwywswwfANxfbfAh竖向分布钢筋抵抗弯矩：0(1)(1)2ywswswwowywswfAxNMhhfA端部钢筋抵抗弯矩：00()yswMfAha§7.2墙肢设计以计算端部钢筋面积minmax/,swywwANfA0()swsywMMAfha当拉力较大时、偏心距M/N＜hw/2-a,全截面受拉，属小偏心受拉，要避免。抗震设计时，偏心受拉和偏心受压承载力计算公式应除以承载力抗震调整系数,取值0.85。RE2019/8/924§7.2墙肢设计7.2.3墙肢斜截面受剪承载力计算1.墙肢斜截面受剪承载力破坏形态剪拉破坏剪跨比较大且横向钢筋较少时发生。一条斜裂缝裂通，脆性斜压破坏剪压比过大。混凝土斜向压碎剪压破坏设计情况。出现一条主要的弯剪（或腹剪）斜裂缝，横筋屈服、混凝土压碎。无震组合2.偏压墙肢斜截面承载力001(0.50.13)0.5wshtwwyhwAAVfbhNfhAs有震组合0011(0.40.1)0.80.5wshtwwyhwREAAVfbhNfhAs§7.2墙肢设计N:墙肢轴力，抗震设计时，应考虑地震组合，且0.2cwwNfbh0wMVh计算截面剪跨比。且1.52.226。§7.2墙肢设计3.偏拉墙肢斜截面承载力001(0.50.13)0.5wshtwwyhwAAVfbhNfhAs0011(0.40.1)0.80.5wshtwwyhwREAAVfbhNfhAs上述公式圆括号内值应不小于零。四、墙肢构造要求1.混凝土强度等级§7.2墙肢设计限值最小截面尺寸目的：满足承载力要求；保证剪力墙在轴力和侧向力作用下平面外稳定，有利于混凝土浇筑；剪压比限值。2.最小截面尺寸筒体结构核心筒和内筒的混凝土等级不低于C30，其他结构剪力墙的混凝土强度等级不低于C20。抗震设计时，剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。§7.2墙肢设计部位抗震等级非抗震一、二级三、四级底部加强部位200mm，h/16,l/16160mm，h/20,l/20160mm其他部位160mm，h/20,l/20140mm，h/25,l/25有端柱或翼墙的剪力墙最小厚度部位抗震等级非抗震一、二级三、四级底部加强部位220mm，h/12,l/12180mm，h/16,l/16160mm其他部位180mm，h/16,l/16160mm，h/20,l/20无端柱或翼墙的剪力墙最小厚度3.剪压比限制无震组合0000.2512.50.212.50.15ccwwccwwREccwwREVfbhVfbhVfbh有震组合§7.2墙肢设计限值剪压比目的：避免剪力墙斜压破坏，保证剪力墙不会在水平配筋未充分发挥作用之前，因混凝土压碎而发生脆性破坏。4.分布钢筋构造(1)作用——抗弯、抗剪、减少收缩裂缝。(2)最小配筋率§7.2墙肢设计墙肢的竖向、横向分布筋最小配筋率抗震等级或部位最小配筋率（％）最大间距（mm）最小直径（mm）最大直径（mm）一、二、三级0.253008bw/10四级、非抗震0.20部分框支剪力墙结构底部和加强部位0.30200特殊部位尚需加强§7.2墙肢设计4.轴压比限制墙肢轴压比限制抗震等级一级（9度）一级（6、7、8度）二、三级轴压比限值0.40.50.6目的:保证剪力墙的塑性变形能力和抗倒塌能力为避免墙表面的温度裂缝，使混凝土均匀受力，墙肢分布筋不允许采用单排配筋，应采用双排或多排配筋。⑶布置方式§7.2墙肢设计5.约束边缘构件和构造边缘构件（1）约束边缘构件：约束边缘构件设置在一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部。剪力墙可不设约束边缘构件的最大轴压比抗震等级一级（9度）一级（6、7、8度）二、三级轴压比限值0.10.20.3§7.2墙肢设计约束边缘构件包括暗柱（端部为矩形截面）、端柱和翼墙。（a）暗柱（b）有翼墙（c）有端柱（d）转角墙（L形墙）§7.2墙肢设计（2）构造边缘构件：构造边缘构件设置轴压比大于表7-4的一、二、三级剪力墙约束边缘构件的以上部分，底层轴压比不大于表7-4的一、二、三级剪力墙及四级剪力墙。（a）暗柱（b）有翼墙（c）有端柱剪力墙墙肢构造边缘构件范围§7.2墙肢设计构造边缘构件的纵向钢筋都应满足受弯承载力要求；构造边缘构件的最小配筋宜符合表7.6的规定。项目一级（9度）一级（6、7、8度）二、三级μN≤0.2μN＞0.2μN≤0.3μN＞0.3μN≤0.4μN＞0.4Lc(暗柱）0.2hw0.25hw0.15hw0.20hw0.15hw0.20hwLc(翼墙和端柱）0.15hw0.20hw0.1hw0.15hw0.1hw0.15hwλv0.120.200.120.200.120.20竖向钢筋0.012Ac,8ɸ160.012Ac,8ɸ160.010Ac,6ɸ16（三级6ɸ14）箍筋及拉筋沿竖向间距100mm100mm100mm§7.3连梁设计1.破坏形态：跨高比小，易发生剪切破坏。反复荷载交叉斜裂缝。图7-10小跨高比连梁变形和裂缝（a)变形图（b)裂缝图一.破坏形态和设计要求§7.3连梁设计