高层建筑结构设计(第五讲)教学课件.ppt

1、第五讲第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计钢筋混凝土剪力墙结构设计1内容提要内容提要一、悬臂剪力墙一、悬臂剪力墙 剪力墙的破坏形态（剪跨比、轴压比）；弯曲破坏剪力墙延性的影响剪力墙的破坏形态（剪跨比、轴压比）；弯曲破坏剪力墙延性的影响因素；剪力墙塑性铰区和加强部位；剪力墙在高轴压比下的破坏和轴因素；剪力墙塑性铰区和加强部位；剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值；剪力墙的剪切破坏类型和平面外折断；压比限值；剪力墙的剪切破坏类型和平面外折断；低矮剪力墙低矮剪力墙等等二、联肢剪力墙二、联肢剪力墙 联肢剪力墙的内力分布规律、裂缝分布和破坏形态；连梁对联肢剪力联肢剪力墙的内力分布规律、裂缝分布和破坏形态；连

2、梁对联肢剪力墙弹塑性性能的分析墙弹塑性性能的分析三、剪力墙墙肢的加强措施三、剪力墙墙肢的加强措施 剪力墙截面最小厚度；强剪弱弯；剪压比限值；剪力墙截面最小厚度；强剪弱弯；剪压比限值；约束边缘构件与构造约束边缘构件与构造边缘构件边缘构件；分布钢筋；剪力墙平面外受力和平面外折断；分布钢筋；剪力墙平面外受力和平面外折断四、连梁的延性和设计概念四、连梁的延性和设计概念 连梁的跨高比及破坏状态、连梁的设计措施、连梁的跨高比及破坏状态、连梁的设计措施、交叉斜撑配筋连梁交叉斜撑配筋连梁等等2第一节第一节 悬臂剪力墙悬臂剪力墙一、剪力墙的破坏形态一、剪力墙的破坏形态 在竖向和水平荷载作用下，悬臂剪力墙破坏形态

3、：在竖向和水平荷载作用下，悬臂剪力墙破坏形态：弯曲破坏（大偏心受压破坏、小偏心受压破坏）弯曲破坏（大偏心受压破坏、小偏心受压破坏）剪跨比剪跨比2wVhM，以弯曲作用为主，易实现弯曲破坏，以弯曲作用为主，易实现弯曲破坏 弯弯剪剪破坏破坏剪跨比剪跨比21wVhM，很难避免出现剪切斜裂缝，按强剪弱弯设计时，可实现，很难避免出现剪切斜裂缝，按强剪弱弯设计时，可实现弯剪破坏弯剪破坏 剪切破坏剪切破坏剪剪跨跨比比1wVhM剪剪切切破破坏坏 滑移破坏滑移破坏实际工程中这种破坏很少见，可能位置发生在施工缝处实际工程中这种破坏很少见，可能位置发生在施工缝处3弯曲破坏弯剪破坏剪切破坏滑移破坏 剪跨比大的悬臂剪力墙

4、剪跨比大的悬臂剪力墙 高墙高墙（32whH）剪跨比中等的悬臂剪力墙剪跨比中等的悬臂剪力墙中高墙中高墙（21whH）剪跨比很小的悬臂剪力墙剪跨比很小的悬臂剪力墙低矮墙低矮墙（1whH）4 一般剪力墙一般剪力墙 墙肢截面高度与厚度之比大于墙肢截面高度与厚度之比大于8 8的剪力墙的剪力墙 短肢剪力墙短肢剪力墙 墙肢截面高度与厚度之比为墙肢截面高度与厚度之比为5 5 8 8的剪力墙的剪力墙 为什么高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构？为什么高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构？当采用短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力当采用短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵

5、抗水平力的剪力墙结构时，应满足那些规定？墙结构时，应满足那些规定？5二、受弯剪力墙延性的影响因素二、受弯剪力墙延性的影响因素 受压区相对高度小，截面延性大受压区相对高度小，截面延性大 翼缘对剪力墙延性的影响翼缘对剪力墙延性的影响 翼缘越大，延性越大。有翼缘可减小受压区高度，延性较好。端部有柱翼缘越大，延性越大。有翼缘可减小受压区高度，延性较好。端部有柱的截面延性最好。的截面延性最好。轴向力对剪力墙延性的影响轴向力对剪力墙延性的影响 轴向力加大时，受压区相对高度大，延性降低轴向力加大时，受压区相对高度大，延性降低 分布钢筋对剪力墙延性的影响分布钢筋对剪力墙延性的影响 分布钢筋配筋率高，受压区高度

6、加大，对弯曲延性不利，但可以提高承分布钢筋配筋率高，受压区高度加大，对弯曲延性不利，但可以提高承载力，防止脆性破坏载力，防止脆性破坏 端部配筋对剪力墙延性的影响端部配筋对剪力墙延性的影响 大多数剪力墙截面为对称配筋，受压区很小，端部配筋数量对延性的影大多数剪力墙截面为对称配筋，受压区很小，端部配筋数量对延性的影响不大，但可提高承载力响不大，但可提高承载力 混凝土强度对剪力墙延性的影响混凝土强度对剪力墙延性的影响 提高混凝土强度等级，可减小受压区高度，也可提高延性，但对承载力提高混凝土强度等级，可减小受压区高度，也可提高延性，但对承载力没有影响没有影响6三、剪力墙的塑性铰区和加强部位三、剪力墙的

7、塑性铰区和加强部位 底部截面底部截面 弯矩最大弯矩最大塑性铰区（一般小于或等于剪力墙截面高度塑性铰区（一般小于或等于剪力墙截面高度hwhw）剪力最大剪力最大交叉斜裂缝交叉斜裂缝 塑性铰区应采取加强措施塑性铰区应采取加强措施 剪力墙的加强部位剪力墙的加强部位 规程规定：抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度规程规定：抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度(墙肢高度墙肢高度的的1/81/8、底部两层）、底部两层）maxmax 由于地震波的不确定性和结构高振型的影响，地震波作用下进行动力分由于地震波的不确定性和结构高振型的影响，地震波作用下进行动力分析所得的弯矩和剪力分布规律与静力计算结

8、果有所不同析所得的弯矩和剪力分布规律与静力计算结果有所不同 (20 (20层悬臂剪力墙（截面抗弯钢筋沿高度不变）结构在层悬臂剪力墙（截面抗弯钢筋沿高度不变）结构在El-CentroEl-Centro地震波地震波作用下弹塑性地震反应分析得到的弯矩和剪力包络图作用下弹塑性地震反应分析得到的弯矩和剪力包络图)弹性弹性048201612121620840最大剪力最大弯矩悬臂剪力墙弹塑性地震反应分析包络图示意7一级抗震等级设计的剪力墙各截面弯矩设计值特一级一级设计弯矩=组合弯矩图加强部位及其上一层特一级一级最小理想抵抗弯矩图建议设计弯矩图等效静载弯矩图理想最小承载力设计包络图 结论：剪结论：剪力包络线力

9、包络线向外弯曲，弯矩包络线接近直线，它们沿高度的分布规向外弯曲，弯矩包络线接近直线，它们沿高度的分布规律与静力分析结构不同，各截面的最大内力值都已超过弹性静力分析结果。律与静力分析结构不同，各截面的最大内力值都已超过弹性静力分析结果。预期悬臂墙底截面出塑性铰时，用于截面配筋的设计弯矩图至少取直线，预期悬臂墙底截面出塑性铰时，用于截面配筋的设计弯矩图至少取直线，理想最小承载力包络线应图理想最小承载力包络线应图a a所示。规范要求抗震等级为一级的剪力墙按图所示。规范要求抗震等级为一级的剪力墙按图b b确定的各截面的弯矩设计值。确定的各截面的弯矩设计值。8四、剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值四、

10、剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值 随着建筑高度的增加，剪力墙墙肢的轴压力也增加，其延性降低。为保随着建筑高度的增加，剪力墙墙肢的轴压力也增加，其延性降低。为保证剪力墙的延性，避免截面上的受压区高度过大而出现小偏压情况。证剪力墙的延性，避免截面上的受压区高度过大而出现小偏压情况。墙肢轴压比限值墙肢轴压比限值 轴压比轴压比 一级一级(9(9 度度)一级一级(7(7、8 8 度度)二级二级 AfNnc 0.40.4 0.50.5 0.60.6 计算墙肢轴压比时，轴压力设计值计算墙肢轴压比时，轴压力设计值N N取取重力荷载代表值作用下产生的轴重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值压力设计值 规范的

11、轴压比限制不区分截面形式，实际应用中，还是应当考虑到截面规范的轴压比限制不区分截面形式，实际应用中，还是应当考虑到截面形式的影响形式的影响 需要限制轴压比的截面主要是在剪力墙的加强部位，通常取底截面进行验算需要限制轴压比的截面主要是在剪力墙的加强部位，通常取底截面进行验算 在在剪力墙剪力墙底部加强部位设置边缘构件是提高剪力墙延性等抗震性能的重要底部加强部位设置边缘构件是提高剪力墙延性等抗震性能的重要措施，边缘构件要求与轴压比有关。措施，边缘构件要求与轴压比有关。9五、剪力墙的剪切破坏类型和平面外错断五、剪力墙的剪切破坏类型和平面外错断 剪力墙平面内的剪切破坏类型：剪力墙平面内的剪切破坏类型：剪

12、拉破坏剪拉破坏 配置抗剪分布钢筋不足配置抗剪分布钢筋不足 剪压破坏剪压破坏 配置足够抗剪分布钢筋配置足够抗剪分布钢筋 剪切滑移破坏剪切滑移破坏 截面剪切应力过高，即使配置了许多分布钢筋，在未发截面剪切应力过高，即使配置了许多分布钢筋，在未发挥作用前，混凝土压碎挥作用前，混凝土压碎 为防止脆性破坏，重点加强部位是剪力墙底部塑性铰区，措施：为防止脆性破坏，重点加强部位是剪力墙底部塑性铰区，措施：为避免脆性的剪切破坏，应按照强剪弱弯的要求设计剪力墙墙肢。规范：为避免脆性的剪切破坏，应按照强剪弱弯的要求设计剪力墙墙肢。规范：剪力墙加强部位的剪力设计值剪力墙加强部位的剪力设计值V V增大增大 wvwVV

13、 wV底部加强部位墙肢截面最不利组合的剪力设计值底部加强部位墙肢截面最不利组合的剪力设计值 vw墙墙肢肢剪剪力力放放大大系系数数，一一级级：1 1.6 6、二二级级：1 1.4 4、三三级级：1 1.2 2 在设防烈度为在设防烈度为9 9度时尚应由墙肢受弯承载力反算剪力设计值度时尚应由墙肢受弯承载力反算剪力设计值 wwwuREVMMV1.1 wuM墙肢底部截面的实际受弯承载力对应的弯矩值墙肢底部截面的实际受弯承载力对应的弯矩值(根据实配钢筋面根据实配钢筋面积、材料强度标准值、轴力等计算积、材料强度标准值、轴力等计算)10 限制剪力墙截面的平均剪应力（剪压比）限制剪力墙截面的平均剪应力（剪压比）

14、无地震作用组合时无地震作用组合时 wwcchbfV25.0 有地震作用组合时有地震作用组合时 剪跨比剪跨比5.2wVhM时时 wwccREhbfV2.01 剪剪跨跨比比5.2wVhM时时 wwccREhbfV15.01 11 设计有翼缘的剪力墙，避免设计一字形截面的剪力墙设计有翼缘的剪力墙，避免设计一字形截面的剪力墙 当轴压比较高时，在墙肢边缘应力较大的部位用端部竖向钢筋和箍筋组当轴压比较高时，在墙肢边缘应力较大的部位用端部竖向钢筋和箍筋组成暗柱或明柱成暗柱或明柱 边缘构件（约束边缘构件、构造边缘构件）边缘构件（约束边缘构件、构造边缘构件）当边缘的压应力较高时，采用当边缘的压应力较高时，采用约

15、束边缘构件约束边缘构件，其约束范围大，箍筋较多，其约束范围大，箍筋较多，对混凝土的约束较强对混凝土的约束较强 当边缘的压应力较小时，采用当边缘的压应力较小时，采用构造边缘构件构造边缘构件，其箍筋较少，对混凝土的，其箍筋较少，对混凝土的约束较差约束较差设置约束边缘构件和构造边缘构件的轴压比要求设置约束边缘构件和构造边缘构件的轴压比要求 抗震等级抗震等级 一级（一级（9 9 度）度）一级（一级（8 8 度）度）二级二级 设置位置设置位置 设置约束设置约束边缘构件边缘构件 0.10.1 0.20.2 0.30.3 加强部位及其上一层加强部位及其上一层 设置构造设置构造边缘构件边缘构件 0.10.1

16、0.20.2 0.30.3 非加强部位、三、四非加强部位、三、四级抗震等级的全高级抗震等级的全高 12箍 筋 或 拉 筋箍 筋且 300箍 筋 或 拉 筋箍 筋 约束边缘构件的范围是剪力墙截面端部轴压应力较大的部位，我国规范约束边缘构件的范围是剪力墙截面端部轴压应力较大的部位，我国规范直接给出了约束范围，并将此规范分为两部分：靠近端部边缘部分的应力直接给出了约束范围，并将此规范分为两部分：靠近端部边缘部分的应力最大（图中阴影部分），箍筋数量要求多、要求高；靠内的部分应力减小，最大（图中阴影部分），箍筋数量要求多、要求高；靠内的部分应力减小，箍筋要求降低一些箍筋要求降低一些 一一级级、二二级级抗

17、抗震震设设计计时时，约约束束边边缘缘构构件件沿沿墙墙肢肢方方向向的的长长度度wchl15.0（wh为为剪剪力力墙墙墙墙肢肢长长度度）。箍箍筋筋的的配配筋筋范范围围图图中中的的阴阴影影面面积积所所示示，其其体体积积配配箍箍率率yvcvff2.0，且且一一级级、二二级级抗抗震震设设计计时时箍箍筋筋直直径径均均不不应应小小于于8 8m mm m、箍箍筋筋间间距距分分别别不不应应小小于于 1 10 00 0m mm m 和和 1 15 50 0m mm m。13且剪力墙的构造边缘构件 构造边缘构件（图示）的配筋范围和配筋数量均小于约束边缘构件构造边缘构件（图示）的配筋范围和配筋数量均小于约束边缘构件

18、约约束束边边缘缘构构件件纵纵向向钢钢筋筋的的配配置置范范围围不不应应小小于于图图中中阴阴影影面面积积，其其纵纵向向钢钢筋筋最最小小截截面面面面积积，一一级级、二二级级抗抗震震设设计计时时分分别别不不应应小小于于图图中中阴阴影影面面积积的的1 1.2 2%和和 1 1.0 0%，并并分分别别不不应应小小于于166和和146。约约束束边边缘缘构构件件中中的的纵纵向向钢钢筋筋宜宜采采用用 H HR RB B3 33 35 5 或或 H HR RB B4 40 00 0 钢钢筋筋。14剪力墙截面端部和洞口的边缘构件约束边缘构件构造边缘构件 在在开洞剪力墙中开洞剪力墙中洞口边是否要设置约束边缘构件，应根

19、据应力分布规律洞口边是否要设置约束边缘构件，应根据应力分布规律确定。确定。剪力墙洞口小连梁跨高比小，墙肢应力分布接近直线，端部约束构件的长剪力墙洞口小连梁跨高比小，墙肢应力分布接近直线，端部约束构件的长度可按全截面计算，洞口边缘处应力不大，不需设置约束边缘构件。度可按全截面计算，洞口边缘处应力不大，不需设置约束边缘构件。开洞剪力墙洞口大连梁跨高比大，墙肢的应力分布锯齿性明显，洞口边开洞剪力墙洞口大连梁跨高比大，墙肢的应力分布锯齿性明显，洞口边应力可能很大，需要设置约束边缘构件，其长度可按一个墙肢计算应力可能很大，需要设置约束边缘构件，其长度可按一个墙肢计算15六、低矮墙六、低矮墙 剪跨比剪跨比

20、1wVhM的剪力墙的剪力墙低矮剪力墙低矮剪力墙(1 1)悬悬臂臂墙墙中中1whH的的剪剪力力墙墙(2)(2)底部大空间结构中落地剪力墙的底部底部大空间结构中落地剪力墙的底部 低矮剪力墙低矮剪力墙 剪切破坏剪切破坏新西兰坎特伯雷大学新西兰坎特伯雷大学T.T.PaulayPaulay教授作一组低矮剪力墙试验教授作一组低矮剪力墙试验 防止出现脆性破坏的主要措施：限制名义剪应力、加大抗剪钢筋防止出现脆性破坏的主要措施：限制名义剪应力、加大抗剪钢筋 在多层和高层现浇钢筋混凝土结构中，采用宽度和高度接近的墙体，一在多层和高层现浇钢筋混凝土结构中，采用宽度和高度接近的墙体，一般应沿墙体长度方向将墙般应沿墙体

21、长度方向将墙“切断切断”在剪力墙中开大洞，保留一个在剪力墙中开大洞，保留一个“弱连梁弱连梁”，或仅有楼板作为个墙肢的联，或仅有楼板作为个墙肢的联系。系。16第二节第二节 联肢剪力墙联肢剪力墙一、联肢剪力墙的内力分布一、联肢剪力墙的内力分布 由连续化方法得到的联肢剪力墙的内力计算公式：由连续化方法得到的联肢剪力墙的内力计算公式：iipipiIIMkIIkMM1 IyAkMNiipi pM坐标坐标处外荷载作用的倾覆力矩，处外荷载作用的倾覆力矩，Hx，为截面的相对坐标。，为截面的相对坐标。iM坐坐标标处处第第 i墙墙肢肢的的弯弯矩矩 iN坐标坐标处第处第 i墙肢的轴力墙肢的轴力 iI、iy分别为第分

22、别为第 i墙肢的截面惯性矩、截面重心到剪力墙总截面重心的距离墙肢的截面惯性矩、截面重心到剪力墙总截面重心的距离 I剪力墙截面总惯性矩剪力墙截面总惯性矩 k系数系数 17联肢墙联肢墙截面应力的分解截面应力的分解18 公式公式的的物理意义物理意义 联肢肢剪力墙截面的应力联肢肢剪力墙截面的应力=整体弯曲应力整体弯曲应力组成每个墙肢的部分弯矩及轴力组成每个墙肢的部分弯矩及轴力（相应式中的第一项）（相应式中的第一项）+局部弯曲应力局部弯曲应力组成另一部分弯矩（没有轴力）组成另一部分弯矩（没有轴力）（相应式中的第二项）（相应式中的第二项）系数系数k k k k表示两部分弯矩的百分比，表示两部分弯矩的百分比

23、，k k越大，则整体弯曲应力较大，局部弯曲应越大，则整体弯曲应力较大，局部弯曲应力较小，截面上总应力分布更接近直线。可能一个墙肢完全为拉应力，力较小，截面上总应力分布更接近直线。可能一个墙肢完全为拉应力，另一个墙肢完全为压应力，墙肢的轴向力较大而弯矩较小。另一个墙肢完全为压应力，墙肢的轴向力较大而弯矩较小。chshshchk122231123322222 在在倒倒三角形荷载作用下，三角形荷载作用下，k k值计算公式：值计算公式：系系数数k坐坐标标和和整整体体系系数数的的函函数数 19双肢剪力墙的整体系数双肢剪力墙的整体系数32216cIIIThHl H、h剪力墙的总高与层高剪力墙的总高与层高

24、1I、2I、lI两个墙肢和连梁的惯性矩两个墙肢和连梁的惯性矩 a、c洞洞口口净净宽宽的的一一半半和和墙墙肢肢重重心心到到重重心心的的距距离离的的一一半半 IyAyAIIIIT22221121 T墙肢轴向变形影响系数墙肢轴向变形影响系数 系数系数只与联肢剪力墙的几何尺寸有关。只与联肢剪力墙的几何尺寸有关。越大表示连梁相对刚度越大，越大表示连梁相对刚度越大，它对联肢墙内力分布和位蹄的影响很大。它对联肢墙内力分布和位蹄的影响很大。整整体体系系数数对对墙墙肢肢内内力力分分布布影影响响 当当很小时，很小时，k值都很小，截面内以局部弯矩为主值都很小，截面内以局部弯矩为主 当当增大时，增大时，k值增大，值增

25、大，10以后，以后，k值都接近值都接近 1 1，即截面应力分布接，即截面应力分布接近直线，以整体变形为主，墙肢的轴力加大而弯矩减小。近直线，以整体变形为主，墙肢的轴力加大而弯矩减小。20 若联肢墙的若联肢墙的很小（很小（1），表示连梁对墙肢的约束弯矩很小，此时可忽），表示连梁对墙肢的约束弯矩很小，此时可忽略连梁对墙肢的影响，近似将连梁视为铰接连杆，墙肢成为单肢墙。略连梁对墙肢的影响，近似将连梁视为铰接连杆，墙肢成为单肢墙。连杆连接独立墙肢21 整整体体系系数数对对连连梁梁内内力力分分布布影影响响 由连续化分析法得到的连梁剪力达由连续化分析法得到的连梁剪力达 llkchTVV0 0V剪力墙的基底

26、剪力剪力墙的基底剪力 lk与荷载分布形式有关的系数，倒三角形荷载分布下，其表达与荷载分布形式有关的系数，倒三角形荷载分布下，其表达式式 221212shchchshkl 整体系数整体系数影响归纳为：影响归纳为：值增大，连梁的剪力增大；连梁大剪力在中部偏下某个高度处，值增大，连梁的剪力增大；连梁大剪力在中部偏下某个高度处，值值越大，其位置越接近底截面；越大，其位置越接近底截面；墙墙肢肢轴轴力力与与值值有有关关。墙墙肢肢轴轴力力=该该截截面面以以上上所所有有连连梁梁剪剪力力，当当值值加加大大时时，连连梁梁剪剪力力加加大大，墙墙肢肢轴轴力力也也加加大大 22 墙墙肢肢的的弯弯矩矩与与值值有有关关，值

27、值越越大大，墙墙肢肢弯弯矩矩越越小小。pMcNMM221 在相同在相同pM下，下，N越大，越大，1M、2M越小。越小。值越大，连梁的约束弯矩越大，弯矩突变（即锯齿）也越大。值越大，连梁的约束弯矩越大，弯矩突变（即锯齿）也越大。连梁约束弯矩和墙肢弯矩分布图倒三角形分布荷载下的关系曲线23二、联肢剪力墙的裂缝分布和破坏形态二、联肢剪力墙的裂缝分布和破坏形态 连梁的裂缝分布和破坏形态连梁的裂缝分布和破坏形态 当连梁跨高比较大时，连梁以弯为主，梁端可能出现塑性铰，最后发生当连梁跨高比较大时，连梁以弯为主，梁端可能出现塑性铰，最后发生弯曲破坏。弯曲破坏。当连梁跨高比不大（当连梁跨高比不大（l ll l/

28、h hb b 2 2）,梁端易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或梁端易出现斜裂缝，当抗剪能力不足或截面剪应力过大时，出现剪切破坏；也可能是弯曲屈服后的剪切破坏。截面剪应力过大时，出现剪切破坏；也可能是弯曲屈服后的剪切破坏。墙肢的裂缝分布和破坏形态墙肢的裂缝分布和破坏形态 墙肢可能出现弯曲破坏或剪切破坏，墙肢内力分布和破坏形态与连梁刚墙肢可能出现弯曲破坏或剪切破坏，墙肢内力分布和破坏形态与连梁刚度和连梁承载力有密切关系度和连梁承载力有密切关系 探讨开洞对剪力墙内力分布和延性的影响（清华大学）探讨开洞对剪力墙内力分布和延性的影响（清华大学）三片开洞不同的剪力墙模型（三片开洞不同的剪力墙模型（7 7层）（

29、连梁和墙肢按强剪弱弯设计）层）（连梁和墙肢按强剪弱弯设计）S-1AS-1A（二排洞口）：有较多连梁钢筋达屈服，连梁裂缝较多而墙肢水平二排洞口）：有较多连梁钢筋达屈服，连梁裂缝较多而墙肢水平裂缝宽度较小。刚度小，塑性变形大，延性很好。裂缝宽度较小。刚度小，塑性变形大，延性很好。S-2S-2（一排洞口）：连梁上有很细的裂缝但钢筋没有屈服，底截面和二层一排洞口）：连梁上有很细的裂缝但钢筋没有屈服，底截面和二层第截面都出现水平裂缝。其刚度与塑性变形基本与整体悬臂墙相同。第截面都出现水平裂缝。其刚度与塑性变形基本与整体悬臂墙相同。S-3S-3（没有洞口）：底部出现一条水平裂缝，破坏时裂缝宽度最大达没有洞

30、口）：底部出现一条水平裂缝，破坏时裂缝宽度最大达2020mmmm，边缘受拉钢筋被拉断。边缘受拉钢筋被拉断。24 探讨连梁配筋不同对剪力墙内力分布和延性的影响（探讨连梁配筋不同对剪力墙内力分布和延性的影响（清华大学清华大学）S-5S-5（配筋率配筋率0.24%0.24%）：较多的连梁钢筋屈服，墙肢上裂缝少而细，剪力墙）：较多的连梁钢筋屈服，墙肢上裂缝少而细，剪力墙的刚度较小而塑性变形较大。的刚度较小而塑性变形较大。S-6S-6（配筋率介于配筋率介于S-5S-5与与S7S7之间）：之间）：S-7S-7（配筋率配筋率0.62%0.62%）：连梁钢筋没有屈服，墙脂裂缝较多而粗，剪力墙的）：连梁钢筋没有

31、屈服，墙脂裂缝较多而粗，剪力墙的承载力较高二塑性变形较小。承载力较高二塑性变形较小。连梁刚度较大，或配筋较多而连梁不屈服，都有可能使开洞剪力墙的性能连梁刚度较大，或配筋较多而连梁不屈服，都有可能使开洞剪力墙的性能趋于悬臂臂力墙，对于实现超静顶结构和提高剪力墙的研性是不利的。趋于悬臂臂力墙，对于实现超静顶结构和提高剪力墙的研性是不利的。25三、连梁对联肢剪力墙弹塑性性能影响分析三、连梁对联肢剪力墙弹塑性性能影响分析 美国伯克利加州大学双肢剪力墙模型试验：美国伯克利加州大学双肢剪力墙模型试验：15 15层双肢剪力墙（按美国规范设计），试验模型取底部层双肢剪力墙（按美国规范设计），试验模型取底部4

32、4层，顶部施加的层，顶部施加的弯矩、轴力及剪力模拟了弯矩、轴力及剪力模拟了1515层结构中传到底部层结构中传到底部4 4层的荷载。层的荷载。试验现象：试验现象：实测的刚度和承载力都大大超过设计时预期的刚度和破坏荷载；实测的刚度和承载力都大大超过设计时预期的刚度和破坏荷载；受压墙肢的剪压破坏现象受压墙肢的剪压破坏现象 一个墙肢出现轴拉力，另一墙肢轴压力大大超过设计值，由于墙肢轴想一个墙肢出现轴拉力，另一墙肢轴压力大大超过设计值，由于墙肢轴想力增大而使受弯承载力增加。力增大而使受弯承载力增加。作业作业 试验时如何正确模拟模型顶部施加的荷载与实际结构相一致？分析出试验时如何正确模拟模型顶部施加的荷载

33、与实际结构相一致？分析出现上述现象的原因。现上述现象的原因。26 当墙肢相同且连梁不被剪坏的条件下，连梁的弹性刚度对双肢剪力墙的当墙肢相同且连梁不被剪坏的条件下，连梁的弹性刚度对双肢剪力墙的初始刚度影响较大；连梁的配筋和抗弯承载力对双肢剪力墙的最大承载初始刚度影响较大；连梁的配筋和抗弯承载力对双肢剪力墙的最大承载力影响很大，对墙肢中的轴力影响很大。力影响很大，对墙肢中的轴力影响很大。原因：原因：连连梁梁弯弯矩矩 =连连梁梁对对墙墙肢肢的的约约束束弯弯矩矩，约约束束弯弯矩矩大大可可加加大大双双肢肢墙墙的的抗抗倾倾覆覆力力矩矩lN；连梁的弯矩大，剪力就大，连梁剪力直接影响墙肢轴力，当连榔截面及连梁

34、的弯矩大，剪力就大，连梁剪力直接影响墙肢轴力，当连榔截面及配筋加大时，受拉墙肢拉力增大，甚至超过重力作用下的轴压力而使墙肢受配筋加大时，受拉墙肢拉力增大，甚至超过重力作用下的轴压力而使墙肢受拉，从而出现贯通水平裂缝。受压墙肢轴向压力加大而提高墙肢的抗弯承载拉，从而出现贯通水平裂缝。受压墙肢轴向压力加大而提高墙肢的抗弯承载力。力。lNMMMuupu21 提高（提高（）受受压墙肢压墙肢出现剪压破坏？出现剪压破坏？在在弹性阶段，受压墙肢与受拉墙肢的剪力相等。弹性阶段，受压墙肢与受拉墙肢的剪力相等。受拉墙肢屈服后刚度降低，出现内力重分布，受压墙肢的剪力直线增加，受拉墙肢屈服后刚度降低，出现内力重分布，

35、受压墙肢的剪力直线增加，直至其竖向钢筋也屈服，受压墙肢剪力下降一个过程后逐步稳定，然后直至其竖向钢筋也屈服，受压墙肢剪力下降一个过程后逐步稳定，然后受压墙肢的剪力又重新上升，直到破坏。受压墙肢的剪力又重新上升，直到破坏。27三、剪力墙墙肢的加强措施三、剪力墙墙肢的加强措施1 1、剪力墙截面的最小厚度、剪力墙截面的最小厚度 剪力墙最小厚度剪力墙最小厚度 稳定要求的厚度稳定要求的厚度 楼层高度和无支长度两者中的较小者控制楼层高度和无支长度两者中的较小者控制剪力墙墙肢最小厚度（剪力墙墙肢最小厚度（mmmm）抗震等级抗震等级 一、二级一、二级 部位部位 一般剪力墙一般剪力墙 一字剪力墙一字剪力墙 三、

36、四级三、四级 非抗震非抗震 底部加强部位底部加强部位 200200 H/16H/16 180180 h/12h/12 160160 H/20H/20 其他部位其他部位 160160 H/20H/20 180180 h/15h/15 160160 H/20H/20 160160 H/25H/25 H-H-层高或剪力墙无支承长度二者中的较小值层高或剪力墙无支承长度二者中的较小值无端柱或翼墙的一字形剪力墙的最小厚度无端柱或翼墙的一字形剪力墙的最小厚度 层高层高h h确定确定282 2、强剪弱弯、强剪弱弯3 3、剪压比限制、剪压比限制4 4、约束边缘构件与构造边缘构件、约束边缘构件与构造边缘构件5 5

37、、分布钢筋（竖向和横向分布钢筋）、分布钢筋（竖向和横向分布钢筋）墙肢的竖向和横向分布钢筋的最小配筋要求墙肢的竖向和横向分布钢筋的最小配筋要求 抗震等级或部位抗震等级或部位 最小配筋率最小配筋率（%）最大间距最大间距（mmmm）最小直径最小直径（mmmm）最大直径最大直径（mmmm）一、二、三级一、二、三级 0.250.25 四级、非抗震四级、非抗震 0.200.20 300300 框支层上部及落地剪框支层上部及落地剪力墙底部加强部位力墙底部加强部位 0.300.30 200200 8 8 墙肢截面墙肢截面厚度的厚度的1/101/10 温度影响较大的部位温度影响较大的部位 0.250.25 20

38、0200 直径不宜大，间距宜较小直径不宜大，间距宜较小 为避免墙表面的温度收缩裂缝，墙肢分布钢筋不允许采用单排配筋，为避免墙表面的温度收缩裂缝，墙肢分布钢筋不允许采用单排配筋，一般采用双排配筋。当截面厚度较大时，为了使混凝土均匀受力，可采用一般采用双排配筋。当截面厚度较大时，为了使混凝土均匀受力，可采用多排配筋，多排分布钢筋之间设置拉筋。多排配筋，多排分布钢筋之间设置拉筋。296 6、剪力墙平面外受力和平面外弯曲、剪力墙平面外受力和平面外弯曲 剪力墙平面外错断破坏剪力墙平面外错断破坏 主要发生在没有侧向支承的剪力墙中，错断通常发生在一字形剪力墙中主要发生在没有侧向支承的剪力墙中，错断通常发生在

39、一字形剪力墙中的塑性铰区，当混凝土在反复荷载作用下挤压破碎形成一个混凝土破碎的塑性铰区，当混凝土在反复荷载作用下挤压破碎形成一个混凝土破碎带时，在竖向重力荷载作用下，钢筋和箍筋几乎没有抵抗平面外墙错断带时，在竖向重力荷载作用下，钢筋和箍筋几乎没有抵抗平面外墙错断的能力，易发生平面外错断破坏。的能力，易发生平面外错断破坏。防止剪力墙平面外错断破坏措施防止剪力墙平面外错断破坏措施 设置翼缘或在端部配置型钢设置翼缘或在端部配置型钢 设置墙垛、或钢筋暗柱、或型钢钢骨设置墙垛、或钢筋暗柱、或型钢钢骨 加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力 选用较小的梁、调幅减少两梁端弯矩、

40、或做成变截面梁（减小梁端截面）选用较小的梁、调幅减少两梁端弯矩、或做成变截面梁（减小梁端截面）减少梁端弯矩对剪力墙平面外的受弯减少梁端弯矩对剪力墙平面外的受弯30墙垛墙墙墙大梁大梁大梁塑性调幅大梁墙墙变截面大梁剪力墙平面外受弯采取的措施31第三节第三节 连梁的延性和设计概念连梁的延性和设计概念 连连梁梁对联肢剪力墙的刚度、承载力、延性等有很大的影响，是实现二道对联肢剪力墙的刚度、承载力、延性等有很大的影响，是实现二道设防设计的重要构件。设防设计的重要构件。连梁的设计要求连梁的设计要求 在小震和风荷载作用的正常状态下，连梁起着联系墙肢、加大剪力墙刚在小震和风荷载作用的正常状态下，连梁起着联系墙肢

41、、加大剪力墙刚度的作用，承受弯矩的剪力，不能出现裂缝度的作用，承受弯矩的剪力，不能出现裂缝 在中震下，应首先出现弯曲屈服，耗散地震能量在中震下，应首先出现弯曲屈服，耗散地震能量 在大震作用下，可能、也允许连梁出现剪切破坏在大震作用下，可能、也允许连梁出现剪切破坏一、普通配筋连梁跨高比及破坏形态一、普通配筋连梁跨高比及破坏形态lllllhlVhlVVhM22 连梁的剪跨比连梁的剪跨比与跨高比与跨高比llhl成正比成正比 跨高比跨高比2llhl，即剪跨比，即剪跨比1。剪跨比剪跨比1的钢筋混凝土构件发生剪切破坏。的钢筋混凝土构件发生剪切破坏。32 剪切变形破坏剪切变形破坏 按强剪弱弯设计的连梁（跨高

42、比小于按强剪弱弯设计的连梁（跨高比小于2 2）受弯钢筋屈服后，由于剪切变形超过了混凝土变形极限而出现了剪切破坏，受弯钢筋屈服后，由于剪切变形超过了混凝土变形极限而出现了剪切破坏，具有一定的延性，属于弯曲屈服后的剪切破坏具有一定的延性，属于弯曲屈服后的剪切破坏 剪切变形破坏形态剪切变形破坏形态 截面上的剪压比有关截面上的剪压比有关 弯曲滑移型破坏（剪压比较小）弯曲滑移型破坏（剪压比较小）在反复荷载作用下梁端竖向弯曲裂缝贯穿全截面，沿着竖向裂缝的滑移反在反复荷载作用下梁端竖向弯曲裂缝贯穿全截面，沿着竖向裂缝的滑移反复作用而导致混凝土压碎。复作用而导致混凝土压碎。剪切滑移型破坏（剪压比较大）剪切滑移

43、型破坏（剪压比较大）在反复荷载作用下连梁出现交叉裂缝和贯通全截面的竖向弯曲裂缝，反复在反复荷载作用下连梁出现交叉裂缝和贯通全截面的竖向弯曲裂缝，反复错动挤压造成交叉裂缝区的混凝土破碎。错动挤压造成交叉裂缝区的混凝土破碎。剪切破坏（剪压比更大）剪切破坏（剪压比更大）在受弯钢筋屈服后，很快出现一条或两条交叉的主斜裂缝，沿斜裂缝出现在受弯钢筋屈服后，很快出现一条或两条交叉的主斜裂缝，沿斜裂缝出现剪切破坏剪切破坏 弯曲滑移型破坏的延性较好，剪切滑移型破坏次之，剪切破坏延性差。弯曲滑移型破坏的延性较好，剪切滑移型破坏次之，剪切破坏延性差。33 在普通配筋的连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主

44、要措施：在普通配筋的连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主要措施：控制剪压比（主要因素）控制剪压比（主要因素）提高配箍率提高配箍率 当剪压比当剪压比15.0bhfVc时，随着剪箍比的减小（箍筋增加），连梁延性时，随着剪箍比的减小（箍筋增加），连梁延性迅速提高迅速提高 当当剪剪压压比比15.0bhfVc时时，随随着着剪剪箍箍比比的的减减小小（箍箍筋筋增增加加），连连梁梁延延性性提提高高不不多多 34 限制连梁的剪压比，防止连梁过早剪切破坏，规范：限制连梁的剪压比，防止连梁过早剪切破坏，规范：跨高比大于跨高比大于 2.52.5 时时，02.01bbccREbhbfV 跨高比不大于跨高比不

45、大于 2.52.5 时时，015.01bbccREbhbfV 连连梁的强剪弱弯梁的强剪弱弯地震组合的一、二、三级抗震等级时，连梁的剪力设计值地震组合的一、二、三级抗震等级时，连梁的剪力设计值GbnrblbvbbVlMMV 3.1vb（一级）；（一级）；2.1vb（二级）；（二级）；1.1vb（三级）；（三级）；9 9度抗震设计时尚应符合度抗震设计时尚应符合 GbnrbualbuabVlMMV1.1 35二、连梁最大、最小抗弯配筋率和剪压比的关系二、连梁最大、最小抗弯配筋率和剪压比的关系 假定连梁对称配筋，且忽略连梁在竖向荷载下的剪力，近似取连梁的剪力：假定连梁对称配筋，且忽略连梁在竖向荷载下的

46、剪力，近似取连梁的剪力：lbyslboyslbublhfAlahfAlMV222 跨高比大于跨高比大于 2.52.5 blyccREbbshlffhbA1.00 跨高比不大于跨高比不大于 2.52.5 blyccREbbshlffhbA75.00 假假定定连连梁梁的的混混凝凝土土强强度度等等级级 C C5 50 0，0.1c，tcff2.12，85.0RE 跨高比大于跨高比大于 2.5 2.5%1440blyccbbshlffhbA 跨跨高高比比不不大大于于 2 2.5 5%1080blycbbshlffhbA 只要连梁的受弯配筋率不超过上式，就满足剪压比要求。即在连梁中控制只要连梁的受弯配筋

47、率不超过上式，就满足剪压比要求。即在连梁中控制剪压比就是控制受弯配筋。剪压比就是控制受弯配筋。36 连连梁梁最小、最大受弯配筋率最小、最大受弯配筋率：在任何情况下，连梁受弯配筋率不超过下式给出值：在任何情况下，连梁受弯配筋率不超过下式给出值：跨高比大于跨高比大于 2.5 2.5%1440blyccbbshlffhbA 跨高比不大于跨高比不大于 2.52.5%1080blycbbshlffhbA 跨高比大于跨高比大于1.51.5的连梁受弯最小配筋率可按一般梁的要求选用的连梁受弯最小配筋率可按一般梁的要求选用 取取(0.20,(0.20,ytff45)max 跨高比小于跨高比小于1.51.5的连梁

48、受弯最小配筋率按下表选用的连梁受弯最小配筋率按下表选用 跨高比跨高比 最小配筋率最小配筋率(取较大者取较大者)5.0blhl 0.2,0.2,ytff25 0.15.0blhl 0.25,0.25,ytff35 5.10.1blhl 0.30,0.30,ytff45 37三、连梁的弯矩调幅三、连梁的弯矩调幅 强墙弱梁联肢剪力墙：采用降低连梁弯矩设计值的方法，即进行连梁的弯强墙弱梁联肢剪力墙：采用降低连梁弯矩设计值的方法，即进行连梁的弯矩调幅矩调幅 按连梁弹性刚度计算内力和位移，将计算得到的连梁弯矩组合值乘以调幅按连梁弹性刚度计算内力和位移，将计算得到的连梁弯矩组合值乘以调幅系数，直接降低连梁弯

49、矩设计值。系数，直接降低连梁弯矩设计值。在进行结构弹性计算时，将连梁刚度进行折减，以减小连梁弯矩和剪力值。在进行结构弹性计算时，将连梁刚度进行折减，以减小连梁弯矩和剪力值。连梁弯矩减少多少为宜？连梁弯矩减少多少为宜？连梁弹性刚度所得的连梁弯矩直接折减时连梁弹性刚度所得的连梁弯矩直接折减时,折减系数折减系数:连梁的内力调整不能低于风荷载下的内力，也不能低于小震下的内力。连梁的内力调整不能低于风荷载下的内力，也不能低于小震下的内力。即即 当设防烈度为当设防烈度为9 9度和度和8 8度，而风荷载不大时，连梁弯矩调幅幅度可大一些；度，而风荷载不大时，连梁弯矩调幅幅度可大一些；设防烈度为设防烈度为7 7

50、度，或风荷载较大时，连梁弯矩的调幅幅度要小些。度，或风荷载较大时，连梁弯矩的调幅幅度要小些。一般：设防烈度一般：设防烈度8 8度、度、9 9度度 连梁弯矩折减系数不宜小于连梁弯矩折减系数不宜小于0.60.6 设防烈度设防烈度7 7度度 连梁弯矩折减系数不宜小于连梁弯矩折减系数不宜小于0.80.838 连梁刚度进行折减的方法计算时，连梁的刚度折减系数连梁刚度进行折减的方法计算时，连梁的刚度折减系数 倒三角形荷载作用下倒三角形荷载作用下221212shchshshkl 计算连梁最大剪力系数计算连梁最大剪力系数max,lk，令，令0lk，可得，可得 max 将将 max代入代入lk式，可得式，可得