1、第7章 剪力墙结构设计 7.2 剪力墙墙肢的设计 7.3 连梁的设计 已知S，根据SC20 结构布置时以上步骤就已经完成。否则无法进行结构计算。 墙肢的尺寸和材料要受轴压比和剪压比控制(见后) 剪力墙墙肢钢筋：分布筋、箍筋HRB235(I级)，其它 HRB335(II级） h层高 back 轴压比限值 n=N / fc A 轴压比过大则剪力墙的延性会过小或消失。 需要限制剪力墙底部加强部位的轴压比。 重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比需满足要求(因为地震作 用组合中采用重力荷载代表值) 在轴压比超过一定限度以后，对一、二级剪力墙还需要设置 约束边缘构件。 重力荷载代表值作用下的轴压比在一、二、三
2、级分别为 0.5,0.6,0.70.7(三级框架为0.9) 轴压比 n=N / fcA 一级(9度) 一级(7,8度) 二级 墙肢轴压比限值 0.4 0.5 0.6 需设约束边缘构件限值 0.1 0.2 0.3 back n0.3不设约束边缘构件 0.3n0.6：设约束边缘构件约束边缘构件 n0.6：截面面积和混凝土强度不满足要求 剪压比限值避免斜压破坏 00 2 . 0 25. 0 wwc RE wwc hbfVhbfV )207( 2 . 0 25. 0 00 REwwcwwc hbf V hbf V 通过上式限制截面尺寸bw,hw0和混凝土强度等级 目的在于避免斜压破坏 截面剪力V 与截
3、面压力的比 ahh ww 0 受压区高度：截面高度截面有效高度 剪压比验算例子剪压比验算例子 截面厚度截面厚度=180mm=180mm 0 2 . 0 wwc RE hbfV 墙体截面计算高度墙体截面计算高度 back 分布钢筋最小配筋率和最大间距要求 水平和竖向分布钢筋构造要求： 1.钢筋直径不宜大于墙厚度的1/10(粘结力要求) 2.抗震设计要求至少双排配筋。墙肢厚度大于400mm要三排配筋。 3.配筋率不小于0.250.25%,间距不大于200(300)mm200(300)mm. 4.根据最小配筋率和已经确定的间距s选定钢筋直径（不小于8mm）。 back 按此处的构造要求初定两者 竖向
4、分布钢筋面积Asw 配筋率不小于0.250.25%,间距不大于200(300)mm200(300)mm. 以下两公式中取大大值得到Asw。 注意：分布钢筋的直径，间距的选择不唯一，满足以下条件即可 部轴力按竖向分布钢筋抵抗全, 20025. 0, yw sw wswwswsw f N A bAsbA 边缘构件 类型：暗柱(AZ)、端柱(DZ)、翼墙(YZ)、转角墙(JZ) 作用：提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙延 性。 分类： 约束边缘构件(Y) 构造边缘构件(G) 配筋差异：配筋多少，范围不同，是否仅按构造配筋。 构造边缘构件P.191 设置要求：一、二级剪力墙的非底部加强区(及其上
5、一层)和三、 四级剪力墙在轴压比较大时可设置边缘构件。 尺寸：构造边缘构件的尺寸见上图。其中面积Ac是配筋的依据。 箍筋：底部加强部位用箍筋，其它用拉筋，转角处宜用箍筋 纵筋： 非抗震设计，墙端要设置至少4根纵向钢筋，并配拉筋。 暗柱及短柱的纵向钢筋的搭接和锚固要求与框架柱相同。 端柱按框架柱配筋 除了需设置约束边缘构件的 位置外，均需要设置 构造边缘构件配筋 配筋需要满足下表(最低要求)。 下表是端部钢筋需要满足条件之一。 尚需通过计算使之满足承载力要求(它们是端部钢筋)。 Ac 构造边缘构件施工图实例 角柱(SATWE输出) 构造边缘构件施工图实例 翼墙 约束边缘构件施工图实例 JZ=转角
6、墙；AZ=暗柱； 约束边缘构件施工图实例-端柱 框架剪力墙结构的基础实例 绿色的为 剪力墙 黄色的为 柱和承台 此处单独设 计基础 墙放在梁上没 有另设基础 端柱 端柱 端柱 端柱 端柱 翼墙 翼墙 转角墙 约束边缘构件的箍筋 体积配箍率 的最小值 混凝土的轴 心抗压强度 箍筋的抗 拉强度 配箍特征值 阴影部分和非阴影 部分的配箍率不同 墙肢长度 21min min 21 1 l l l s sl l l kk v vv kk v 柱中箍筋的体积配筋率-计算方法 柱的箍筋体积配箍率 按下式计算： 式中 箍筋单肢截面面积； 对应于 的箍筋单肢总长度，重叠段按一肢计 算 柱核芯混凝土面积的两个边长
7、； s 箍筋间距 v sl l lk k v 21 k k lk 21 ll 、 箍筋体积 一个间距内 的总体积 yv c vv f f min 先取定直径 再决定间距 约束边缘构件P.189 位置(高度)：底部加强层及 其上一层。 要求：端柱边长不应小于2倍 墙厚，翼墙长度不应小于3倍 墙厚，否则视为无边缘构件， 按矩型截面端部处理(执行以 上端部配筋)。 back 阴影部分和非阴影 部分的配股率不同 约束边缘构件的配筋要求 约束边缘构件的配筋-例题 至此墙肢配筋工作完成 偏心受压构件及其破坏形态 大偏心：受拉钢筋屈服 小偏心：受拉钢筋不屈服,可能全截面受压 两者均以受压混凝土被压碎为破坏最
8、终标志 两种情况均可能出现。(尽管小偏心为脆性破坏) 是否受拉钢筋屈服是判别大小偏心的依据 界限破坏：受拉钢筋屈服的同时受压混凝土压碎 拉坏柱 压坏柱 大偏心 小偏心 偏心受压构件破坏的回顾 大偏心受压破坏（类似适筋梁有先兆） 受拉混凝土出现裂缝 受拉钢筋屈服 受压混凝土达到抗压强度 小偏心受压破坏（截面内不一定有拉应力） 受压混凝土达到抗压极限 受拉一侧的钢筋没有达到屈服 大偏心受压截面的各种尺寸及符号 受压端部钢筋合力 中心到边缘距离 （高规中用as） 受拉端部钢筋合力 中心到边缘距离 受拉区端部钢 筋总截面面积 受压区端部钢 筋总截面面积 墙肢截 面高度hw 竖向分布钢筋 总截面面积 名
9、义受压区 高度 x2a ahh ww 0 截面有 效高度 墙肢截 面宽度 弯矩和轴 力设计值 受拉端部钢筋 全部屈服 受压钢筋全 部屈服 竖向分布钢筋抗 拉强度设计值 端部钢筋抗拉 强度设计值 1.5x以外参 与计算的受 拉分布钢筋 应力应变关系与极限状态设计 ahh ww 0 公式(7-3a)中 使用了这段分 布钢筋的抗弯 (7-2b) 判断墙肢大偏心或小偏心受压 bwb orhx 0bwb orhx 0 s y b w E f h x 0033. 0 1 8 . 0 0 剪力墙正截面承载力计算方法基本上与偏心受压构件相同。 首先利用已知材料、截面尺寸和轴力计算x，然后判断大小偏压。 按上式
10、计算得到的x需要满足x 2a,以保证受压区钢筋均可以达到其抗压的设计值。 注意1：如果x 2a则取x =2a 。 注意2：尽管竖向分布钢筋有抗剪作用，设计中只考虑其抗弯 bwb orhx 0bwb orhx 0 ahh ww 0 back 界限相对受 压区高度 受压区高度 竖向分布钢筋 截面面积 砼强度C50 时此系数=1 大偏压对称配筋计算 swss AAA, 分别为受拉区端部钢筋、受压区 端部钢筋和竖向分布钢筋的截面面积 已知已知：内力设计值N,M，混凝土的轴心抗压强度fc 竖向分布钢筋的截面面积Asw和抗拉强度设计值fyw 端部钢筋的抗拉强度设计值fy。求得求得名义受压区高度： ahh
11、ww 0 端部 钢筋 ss AA )47()( 00 bahfAM wys 端部钢筋端部钢筋抵抗弯矩： 墙肢弯矩设计值小于截面抵抗弯矩 sw MMM 0设计表达式： )27( /5.1 01 b hfAbfa fAN x wywswwc ywsw 1 )47()1)(1 ( 2 0 0 a fA N h x h fA M ywsww w ywsw sw 分布钢筋分布钢筋抵抗弯矩： 2 )67( )( 0 ahf MM A wy sw s 端部钢筋总面积： 3 分布钢筋按 构造配筋 竖向分布钢筋抗 拉强度设计值 端部钢筋抗拉 强度设计值 竖向分布钢 筋截面面积 (给定) 确定墙肢配筋和构造的过程
12、 在已经确定了尺寸和混凝土强度以后，进行配筋 设计中将竖向、水平分布筋功能分开考虑： 竖向分布筋抗弯；水平分布筋抗剪。 注意：竖向分布钢筋同样有抗剪作用，这里作为安全储备。间接 实现强剪弱弯。 正截面承载力计算确定端部钢筋面积 按柱纵筋计算类似方法(对称形、截面形状)。不同点： 1.按配筋率等构造要求给定竖向分布钢筋面积 2.计算抵抗弯矩所需端部钢筋 As(减去竖向分布钢筋的部分)。 3.边缘构件的纵筋构造要求（两个条件） 斜截面承载力计算确认水平分布钢筋面积 强剪弱弯调整获得剪力设计值V， 验算水平分布钢筋满足要求承载力要求A/s 墙肢的构造要求 最终确定三级剪力墙端部钢筋 （参考后面的例题
13、） 端部钢筋最终利用三个条件确定：例如 1、根据前面计算得到As。例如： As =367mm 三级剪力墙只需要设置构造边缘构件。根据对 构造边缘构件纵筋的两个要求： 2、计算0.005Ac对应的钢筋面积。例如: 360mm 3、计算412对应的钢筋面积。例如: 452mm 按以上三者中最大的一个进行配筋。此处的例 子中，三个数中最大一个是452mm，所以最终 取412进行配筋。 名义受压区高度名义受压区高度 实体墙截面设计例子实体墙截面设计例子 AcAc=180+300=480=180+300=480 按构造要求确定分按构造要求确定分 布钢筋，然后进行布钢筋，然后进行 端部钢筋面积计算端部钢筋
14、面积计算 实体墙截面设计实体墙截面设计 按构造边缘构件的按构造边缘构件的 构造要求确定的端构造要求确定的端 部钢筋数量部钢筋数量 大偏压非对称配筋计算简介 已知已知：轴向压力N，混凝土的轴心抗压强度fc; 竖向分布钢筋的截面面积Asw, 和屈服应力fyw;要事先给定As 。再求求另一端As ： ss AA 先由78a计算名义受压区高度x 1 )77()5 . 1( 0 0 1 xhf h A fAfAxbfaN wyw w sw ysyswcm 再由(7-7)计算另一端的端部钢筋面积As 2 back 小偏心受压截面的应力分布 小偏心受压时，可能全截面受压。至少受拉区钢筋没屈服。 小偏心受压墙
15、的配筋对称截面 竖向分布钢筋按构造要求配置 墙肢截 面厚度 截面有 效高度 墙肢轴力 设计值 端部钢筋抗拉 强度设计值 混凝土抗压 强度设计值 小偏心受压墙的配筋非对称截面 竖向分布钢筋按构造要求配置 back s y b w E f h x 0033. 0 1 8 . 0 0 斜截面三种破坏形态 剪(斜)拉破坏 破坏特点：没有或很少水平分布钢筋。斜裂缝一出现就很快形 成一条主裂缝，使墙肢劈裂而丧失承载能力。 措施：通过限制水平分布钢筋的最小配筋率防止这种破坏。 斜压破坏 破坏特点：剪力墙截面过小或混凝土等级过低。即使在墙肢中 配置了过多的腹筋，当腹筋应力还没有充分发挥作用时，混凝 土已被剪压
16、破碎了。 措施：通过限制截面尺寸(剪压比)来防止这种形式的破坏。 剪压破坏腹筋配置合适。这是剪力墙的水平分布筋的计算主 要依据。腹筋可以抵抗斜裂缝的开展。 随着斜裂缝的进一步扩大，混凝土受剪区域逐渐减小，最后在 压、剪应力的共同作用下剪压区混凝土压碎。 措施：斜截面承载力验算避免剪压破坏。 墙肢的剪压比 墙肢截面需满足以上剪压比要求。 如果不满足要求，则应该提高截面面积或混凝土强度等级 back 墙肢的强剪弱弯调整：增加剪力的组合设计值 wvwV V 乘以放大系数以后，剪力设计值已经增大了。 夸大了困难，增加了安全性。 弯矩并没有增大，间接实现了强剪弱弯。 底部加强部位墙 肢最不利组合的 剪力
17、设计值 底部加强部位墙 肢的剪力设计值 墙肢剪力放大系数 (一、二、三、四级分别 为1.6,1.4,1.2,1.0) 斜截面验算目的是确认按构造要求的 水平分布钢筋面积和间距满足要求 wvwV V 墙肢腹 板厚度 腹板有 效高度 水平分布水平分布 钢筋总面积钢筋总面积 水平分布 钢筋间距 砼抗拉强 度设计值 无地震作 用组合 有地震作 用组合 back （3 3）斜截面受剪承载力计算）斜截面受剪承载力计算 为防止发生斜压破坏， 进行剪压比计算 为防止发生减压破坏， 进行承载力计算 为防止发生斜拉破坏， 进行配筋率计算 抗震设计的最小锚固长度(6.5节) 抗震设计时，纵向钢筋的最小锚固长度应按下
18、 列各式采用： aaE aaE aaE ll ll ll 00. 1 05. 1 15. 1 四级： 三级： 一、二级： aE l 抗震设计时受拉钢筋的锚固长度 a l 非抗震设计时受拉钢筋的锚固长度 墙内纵筋在顶层处应锚入楼板或梁内45d。 水平和竖向钢筋的搭接，在同一截面内不得超过 同向钢筋的50%(最多一半钢筋在同一位置搭接)。 PKPM剪力墙超筋三种情况 1）剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱最大配筋率是按 照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以 边缘构件方式给出，没有最大配筋率。所以程序给出的 剪力墙超筋是警告信息，可以酌情考虑或不予理睬； 2）剪力墙水平筋超筋：说明该结构抗
19、剪不够，应予以 调整； 3）剪力墙连梁超筋：大多数情况下是在水平地震力作 用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行 折减，折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出 现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁 设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载 力的要求。 水平分布钢筋的搭接、锚固和连接 一定要跨过中线后弯折 剪力墙水平钢筋锚固 楼板与墙肢连接部位配筋构造 竖向分布钢筋的配筋构造搭接 竖向分布钢筋的配筋构造搭接 墙内纵筋在顶层处应锚入楼板或梁内45d。 水平和竖向钢筋的搭接，在同一截面内不得超 过同向钢筋的50%(最多一半钢筋在同一位置 搭接)。 墙肢和连梁的洞口补强配筋构造 洞口补强和错洞墙洞口配筋构造 地下室侧壁的设计及相关问题 地下室侧壁的受力状态-静土压力 地下室顶板作为嵌固部位的若干规定 地下室顶板作为嵌固部位的条件 刚度比要求：抗规6.1.14，地下室的抗侧刚度不小 于上部结构刚度的2倍。 地下室顶板距离室外地坪高度不宜过大，宜小于地 下室高度的1/3。 地下室外墙距离上部结构不宜过远(不大于40-50m)。 顶板构造要求：楼板不小于180mm，砼强度不 小于C30。宜采用双层双向配筋。 此时剪力墙加强区起算层号中扣除地下室。 地下室顶板作为嵌固部位规定示意图 桩筏基础的埋深 新抗震规范中规定的边缘构件范围
