第九章剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

會計學1第九章剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計9.1.1內(nèi)力設(shè)計值非抗震和抗震設(shè)計的剪力墻應(yīng)分別按無地震作用和有地震作用進行荷載效應(yīng)組合，取控制截面的最不利組合內(nèi)力或?qū)ζ湔{(diào)整后的內(nèi)力(統(tǒng)稱為內(nèi)力設(shè)計值)進行配筋設(shè)計，墻肢的控制截面一般取墻底截面以及改變墻厚、改變混凝土強度等級、改變配筋量的截面。為加強抗震等級為一級的剪力墻的抗震能力，保證在墻底部出現(xiàn)塑性鉸，其彎矩設(shè)計值取法如下：底部加強部位及以上一層，采用墻肢底部截面組合的彎矩計算值；其他部位，取墻肢截面最不利組合的彎矩計算值乘以增大系數(shù)1.2作為彎矩設(shè)計值。其他抗震等級和非抗震設(shè)計的剪力墻的彎矩設(shè)計值，采用墻肢截面最不利組合的彎矩計算值。

第1頁/共51頁9.1.1內(nèi)力設(shè)計值

小偏心受拉時墻肢全截面受拉，混凝土開裂貫通整個截面高度，不宜采用小偏心受拉的墻肢，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。剪力墻很長時，邊墻肢拉(壓)力很大，可以人為加大洞口或人為開洞口，減小連梁高度而成為對墻肢約束彎矩很小的連梁，地震時，該連梁兩端比較容易屈服形成塑性鉸，而將長墻分成長度較小的墻。在工程中，一般宜使墻的長度不超過8m。此外，減小連梁高度也可減小墻肢軸力。

第2頁/共51頁9.1.1內(nèi)力設(shè)計值

雙肢剪力墻的一個墻肢為大偏心受拉時，另一墻肢的剪力設(shè)計值、彎矩設(shè)計應(yīng)值乘以增大系數(shù)l.25。原因是：當一個墻肢出現(xiàn)水平裂縫時，剛度降低，由于內(nèi)力重分布而剪力向無裂縫的另一個墻肢轉(zhuǎn)移，使另一個墻肢內(nèi)力加大。為了加強一、二、三級剪力墻墻肢底部加強部位的抗剪能力，避免過早出現(xiàn)剪切破壞，實現(xiàn)強剪弱彎，墻肢截面的剪力組合計算值按下式調(diào)整：

第3頁/共51頁9.1.1內(nèi)力設(shè)計值9度時尚應(yīng)符合

式中：——底部加強部位墻肢截面剪力設(shè)計值；

——底部加強部位墻肢截面最不利組合的剪力計算值；

——墻肢底部截面實配的抗震受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值，根據(jù)實配縱向鋼筋面積、材料強度標準值和軸力等計算，有翼墻時應(yīng)計人墻兩側(cè)各一倍翼墻厚度范圍內(nèi)的縱向鋼筋；

——墻肢底部截面最不利組合的彎矩計算值；

——墻肢剪力放大系數(shù)，一級為1.6，二級為l.4，三級為l.2。

(9-1)(9-2)第4頁/共51頁9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算

墻肢在軸力和彎矩作用下的承載力計算與柱相似，區(qū)別在于剪力墻的墻肢除在端部配置豎向抗彎鋼筋外，還在端部以外配置豎向和橫向分布鋼筋，豎向分布鋼筋參與抵抗彎矩，橫向分布鋼筋抵抗剪力，計算承載力時應(yīng)包括分布鋼筋的作用。分布鋼筋一般比較細，容易壓曲，為簡化計算，驗算壓彎承載力時不考慮受壓豎向分布鋼筋的作用。

第5頁/共51頁1.大偏心受壓承載力計算在極限狀態(tài)下，墻肢截面相對受壓區(qū)高度不大于其相對界限受壓區(qū)高度時，為大偏心受壓破壞。

圖9-1極限狀態(tài)下矩形墻肢截面的應(yīng)力圖形9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第6頁/共51頁

采用以下假定建立墻肢截面大偏心受壓承載力計算公式：①截面變形符合平截面假定；②不考慮受拉混凝土的作用；③受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖用等效矩形應(yīng)力圖替換，應(yīng)力達到α1fc(fc為混凝土軸心抗壓強度,α1為與混凝土等級有關(guān)的等效矩形應(yīng)力圖系數(shù))；④墻肢端部的縱向受拉、受壓鋼筋屈服；⑤從受壓區(qū)邊緣算起l.5x(x為等效矩形應(yīng)力圖受壓區(qū)高度)范圍以外的受拉豎向分布鋼筋全部屈服并參與受力計算，1.5x

范圍以內(nèi)的豎向分布鋼筋未受拉屈服或為受壓，不參與受力計算。由上述假定，極限狀態(tài)下矩形墻肢截面的應(yīng)力圖形如圖9-1所示，根據(jù)和兩個平衡條件，建立方程。9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第7頁/共51頁對稱配筋時，

得：式中，系數(shù)，當混凝土強度等級不超過C50時，取1.0，當混凝土強度等級為C80時，取0.94，當混凝土強度等級在C50和C80之間時，按線性內(nèi)插值取。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-3)(9-4)第8頁/共51頁對受壓區(qū)中心取矩，由可得：

忽略式中項，化簡后得

上式第一項是豎向分布鋼筋抵抗的彎矩，第二項是端部鋼筋抵抗的彎矩，分別為：

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-5)(9-6)(9-7)第9頁/共51頁截面承載力驗算要求：

式中，M為墻肢的彎矩設(shè)計值。

當墻肢截面為T形或I形時，可參照T形或I形截面柱的偏心受壓承載力的計算方法計算配筋。首先判斷中和軸的位置，然后計算鋼筋面積。計算中按上述原則考慮豎向分布鋼筋的作用?；炷潦軌焊叨葢?yīng)符合x≥2a’的條件，否則按x=2a’計算。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-8)第10頁/共51頁2.小偏心受壓承載力計算

在極限狀態(tài)下，墻肢截面混凝土相對受壓區(qū)高度大于其相對界限受壓區(qū)高度時為小偏心受壓。剪力墻墻肢截面小偏心受壓破壞與小偏心受壓柱相同，截面大部分或全部受壓，由于受壓較大一邊的混凝土達到極限壓應(yīng)變而喪失承載力。靠近受壓較大邊的端部鋼筋及豎向分布鋼筋屈服，但計算中不考慮豎向分布壓筋的作用。受拉區(qū)的豎向分布鋼筋未屈服，計算中也不考慮其作用。這樣，墻肢截面極限狀態(tài)的應(yīng)力分布與小偏心受壓柱完全相同，承載力計算方法也相同。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算第11頁/共51頁根據(jù)平衡方程，得公式：式中——軸向壓力對截面重心的偏心矩，

——附加偏心矩。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-9)第12頁/共51頁

對稱配筋、采用HPB235級和HRB335級熱軋鋼筋時，截面相對受壓區(qū)高度值可用下述近似公式計算：

可得：豎向分布鋼筋按構(gòu)造要求設(shè)置。小偏心受壓時，還要驗算墻肢平面外穩(wěn)定。這時，可按軸心受壓構(gòu)件計算。

9.1.2墻肢偏心受壓承載力計算(9-10)第13頁/共51頁9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算

墻肢在彎矩M和軸向拉力N作用下，當時，為大偏心受拉，墻肢截面大部分受拉、小部分受壓。假定距受壓區(qū)邊緣l.5x

范圍以外的受拉分布鋼筋屈服并參與工作。由平衡條件可知，大偏心受拉承載力的計算公式與大偏心受壓相同，只需將軸向力N變號。

矩形截面對稱配筋時，壓區(qū)高度x可由下式確定：

(9-11)第14頁/共51頁

與大偏壓承載力公式類似，可得到豎向分布鋼筋抵抗的彎矩為：

端部鋼筋抵抗的彎矩為：

與大偏心受壓相同，應(yīng)先給定豎向分布鋼筋面積，為保證截面有受壓區(qū)，即要求，由式可得豎向分布鋼筋面積應(yīng)符合下式：

9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算(9-12)(9-13)(9-14)第15頁/共51頁同時，分布鋼筋應(yīng)滿足最小配筋率要求，在兩者中選擇較大的，然后按下式計算端部鋼筋面積：

當拉力較大、偏心矩時，全截面受拉，屬于小偏心受拉?？拐鸷头强拐鹪O(shè)計的剪力墻的墻肢偏心受壓和偏心受拉承載力的計算公式相同。抗震設(shè)計時，承載力計算公式應(yīng)除以承載力抗震調(diào)整系數(shù)，偏心受壓、受拉時都取0.85。注意，在計算受壓區(qū)高度x和計算分布鋼筋抵抗矩的公式中，N要乘以。

9.1.3墻肢偏心受拉承載力計算(9-15)第16頁/共51頁第二節(jié)墻肢斜截面承載力計算9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力

9.2.3偏心受拉斜截面受剪承載力

第17頁/共51頁9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)

墻肢(實體墻)的斜截面剪切破壞大致可以歸納為三種破壞形態(tài)：（1）剪拉破壞。剪跨比較大、無橫向鋼筋或橫向鋼筋很少的墻肢，可能發(fā)生剪拉破壞。斜裂縫出現(xiàn)后即形成一條主要的斜裂縫，并延伸至受壓區(qū)邊緣，使墻肢劈裂為兩部分而破壞。豎向鋼筋錨固不好時也會發(fā)生類似的破壞。剪拉破壞屬脆性破壞，應(yīng)避免。（2）斜壓破壞。斜裂縫將墻肢分割為許多斜的受壓柱體，混凝土被壓碎而破壞。斜壓破壞發(fā)生在截面尺寸小、剪壓比過大的墻肢。為防止斜壓破壞，墻肢截面尺寸不應(yīng)過小，應(yīng)限制截麗的剪壓比。

第18頁/共51頁

（3）剪壓破壞。這是最常見的墻肢剪切破壞形態(tài)。實體墻在豎向力和水平力共同作用下，首先出現(xiàn)水平裂縫或細的傾斜裂縫。水平力增加，出現(xiàn)一條主要斜裂縫，并延伸擴展，混凝土受壓區(qū)減小，最后斜裂縫盡端的受壓區(qū)混凝土在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力共同作用下破壞，橫向鋼筋屈服。

9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)第19頁/共51頁

墻肢斜截面受剪承載力計算公式主要建立在剪壓破壞的基礎(chǔ)上。受剪承載力由兩部分組成：橫向鋼筋的受剪承載力和混凝土的受剪承載力。作用在墻肢上的軸向壓力加大了截面的受壓區(qū)，提高受剪承載力；軸向拉力對抗剪不利，降低受剪承載力。計算墻肢斜截面受剪承載力時，應(yīng)計入軸力的有利或不利影響。

9.2.1墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)第20頁/共51頁9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力

在軸壓力和水平力共同作用下，剪跨比不大于l.5的墻肢以剪切變形為主，首先在腹部出現(xiàn)斜裂縫，形成腹剪斜裂縫，裂縫部分的混凝土即退出工作。取混凝土出現(xiàn)腹剪斜裂縫時的剪力作為混凝土部分的受剪承載力偏于安全。剪跨比大于1.5的墻肢在軸壓力和水平力共同作用下，在截面邊緣出現(xiàn)的水平裂縫向彎矩增大方向傾斜，形成彎剪裂縫，可能導(dǎo)致斜截面剪切破壞。出現(xiàn)彎剪裂縫時混凝土所承擔的剪力作為混凝土受剪承載力偏于安全，實際上與混凝土出現(xiàn)腹剪斜裂縫時的剪力相似，只考慮剪力墻腹板部分混凝土的抗剪作用。

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試驗表明，斜裂縫出現(xiàn)后，穿過斜裂縫的橫向鋼筋拉應(yīng)力突然增大，說明橫向鋼筋與混凝土共同抗剪。在地震的反復(fù)作用下，抗剪承載力降低。綜合上述各作用，偏心受壓墻肢的受剪承載力計算公式為：

無地震作用組合時：有地震作用組合時：

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力(9-16)(9-17)第22頁/共51頁式中、——分別為墻肢截面腹板厚度和有效高度；

A、——分別為墻肢全截面面積和墻肢的腹板面積，矩形截面=A；

N——墻肢的軸向壓力設(shè)計值，抗震設(shè)計時，應(yīng)考慮地震作用效應(yīng)組合，當N

大于時，??；

——橫向分布鋼筋抗拉強度設(shè)計值；

s、——分別為橫向分布鋼筋間距及配置在同一截面內(nèi)的橫向鋼筋面積之和；

——計算截面的剪跨比，當小于l.5時取l.5，當大于2.2時取2.2，當計算截面與墻肢底截面之間的距離小于時，取距墻肢底截面0.5處的值。

=

9.2.2偏心受壓斜截面受剪承載力第23頁/共51頁9.2.3偏心受拉斜截面受剪承載力

大偏心受拉時，墻肢截面還有部分受壓區(qū)，混凝土仍可以抗剪，但軸向拉力對抗剪不利。驗算公式為：

無地震作用組合時

有地震作用組合時

公式右邊圓括號內(nèi)的計算值小于0時取0。

(9-18)(9-19)第24頁/共51頁第三節(jié)墻肢的構(gòu)造要求9.3.1混凝土強度等級9.3.2最小截面尺寸9.3.3分布鋼筋9.3.4軸壓比限值9.3.5邊緣構(gòu)件

9.3.6鋼筋連接

第25頁/共51頁9.3.1混凝土強度等級

筒體結(jié)構(gòu)的核心筒和內(nèi)筒的混凝土強度等級不低于C25，其他剪力墻的混凝土不低于C20。

第26頁/共51頁9.3.2最小截面尺寸

墻肢的截面尺寸，應(yīng)滿足承載力的要求，還要滿足最小墻厚的要求和剪壓比限值的要求。為保證剪力墻在軸力和側(cè)向力作用下平面外穩(wěn)定，防止平面外失穩(wěn)破壞以及有利于混凝土的澆灌質(zhì)量，剪力墻的最小厚度不應(yīng)小于表9-1中數(shù)值的較大者。

剪力墻墻肢最小厚度表9-1第27頁/共51頁9.3.3分布鋼筋

墻肢應(yīng)配置豎向和橫向分布鋼筋，分布鋼筋的作用是多方面的：抗剪、抗彎、減少收縮裂縫等。豎向分布鋼筋過少，墻肢端的縱向受力鋼筋屈服時，裂縫寬度大；橫向分布鋼筋過少時，斜裂縫一旦出現(xiàn)，就會發(fā)展成一條主斜裂縫，使墻肢沿斜裂縫劈裂成兩半；豎向分布鋼筋也起到限制斜裂縫開展的作用。墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋要求相同，見表9-2，表中，為墻肢的厚度。

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墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋要求表9-2

在溫度熱脹冷縮影響較大的部位，如房屋頂層的剪力墻，長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻，端開間的縱向剪力墻以及端山墻等，分布鋼筋應(yīng)適當加強，墻肢的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋率都不應(yīng)小于0.25％，鋼筋間距不應(yīng)大于200mm。

9.3.3分布鋼筋第29頁/共51頁

為避免墻表面的溫度收縮裂縫，為使混凝土均勻受力，墻肢分布鋼筋不允許采用單排配筋，應(yīng)采用雙排或多排配筋。墻的厚度不大于400mm時，可以采用雙排配筋；大于400mm、不大于700mm時，可以采用3排配筋；大于700mm時，可以采用4排配筋。各排分布鋼筋之間設(shè)置拉筋，拉筋間距不大于600mm，可按梅花形布置，直徑不小于6mm，在底部加強部位，拉筋間距適當加密。

9.3.3分布鋼筋第30頁/共51頁9.3.4軸壓比限值

隨著建筑高度的增加，剪力墻墻肢的軸壓力也增加。與鋼筋混凝土柱相同，軸壓比是影響墻肢抗震性能的主要因素之一，軸壓比大于一定值后，延性很小或沒有延性。因此，有必要限制抗震剪力墻墻肢的軸壓比。一般情況下，剪力墻底部是最有可能屈服、形成塑性鉸的部位。各種結(jié)構(gòu)類型一、二級抗震等級剪力墻的底部加強部位，在重力荷載代表值作用下的墻肢的軸壓比限值見表9-3。

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墻肢軸壓比限值表9-3

軸壓比,計算墻肢的軸壓比時，軸向壓力設(shè)計值N

取重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸壓力設(shè)計值(自重分項系數(shù)取1.2，活荷載分項系數(shù)取1.4)。一般情況下，底部加強部位高度范圍內(nèi)，墻肢厚度不變，混凝土強度等級不變，因此，只需驗算墻肢底截面的軸壓比；若底部加強部位的墻肢厚度或混凝土強度等級有變化，則還應(yīng)驗算變化截面的軸壓比。在底部加強部位以上，雖然沒有規(guī)定軸壓比的限值，但最好也不要超過表9-3的軸壓比限值。

9.3.4軸壓比限值第32頁/共51頁9.3.5邊緣構(gòu)件剪力墻截面兩端設(shè)置邊緣構(gòu)件是提高墻肢端部混凝土極限壓應(yīng)變、改善剪力墻延性的重要措施。邊緣構(gòu)件分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件兩類。約束邊緣構(gòu)件是指用箍筋約束的暗柱、端柱和翼墻，其箍筋較多，對7昆凝土的約束較強，因而混凝土有比較大的變形能力；構(gòu)造邊緣構(gòu)件的箍筋較少，對混凝土約束程度較差。下列剪力墻的兩端應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件：一、二級剪力墻底截面的軸壓比超過0.1(9度一級)、0.2(7、8度一級)或0.3(二級)的剪力墻；部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的一、二級剪力墻。約束邊緣構(gòu)件設(shè)置高度為：底部加強部位及以上一層。

第33頁/共51頁約束邊緣構(gòu)件包括暗柱(矩形截面端部)、端柱和翼墻三種形式。端柱截面邊長不應(yīng)小于2倍墻厚，翼墻長度不應(yīng)小于其3倍厚度；不足時視為無端柱或無翼墻，按矩形截面端部處理；部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，一、二級落地墻的底部加強部位及以上一層，剪力墻(指整片墻，不是指墻肢)的兩端必須有端柱或翼墻。

9.3.5邊緣構(gòu)件第34頁/共51頁9.3.6鋼筋連接

剪力墻內(nèi)鋼筋的錨固長度，非抗震設(shè)計時，不小于，抗震設(shè)計時不小于。

墻肢豎向及橫向分布鋼筋通常采用搭接連接，一、二級抗震墻的加強部位，接頭位置應(yīng)錯開，見圖9-2，每次連接的鋼筋數(shù)量不超過總數(shù)的50％，錯開凈距不小于500mm；其他情況的墻可以在同一部位連接。非抗震設(shè)計時，搭接長度不小于1.2，抗震設(shè)計時不小于l.2。

圖9-2接頭位置第35頁/共51頁第四節(jié)連梁設(shè)計9.4.1概述9.4.2內(nèi)力設(shè)計值9.4.3承載力驗算

9.4.4構(gòu)造要求第36頁/共51頁9.4.1概述連粱的特點是跨高比小，住宅、旅館剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁的跨高比往往小于2.0，甚至不大于l.0，在側(cè)向力作用下，連梁比較容易出現(xiàn)剪切斜裂縫，見圖9-3。按照延性剪力墻強墻弱梁要求，連梁屈服應(yīng)先于墻肢屈服，即連梁首先形成塑性鉸耗散地震能量；連梁應(yīng)當強剪弱彎，避免剪切破壞。一般剪力墻中，可采用降低連梁的彎矩設(shè)計值的方法，使連梁先于墻肢屈服和實現(xiàn)彎曲屈服。由于連梁跨高比小，很難避免斜裂縫及剪切破壞，必須采取限制連梁名義剪應(yīng)力等措施推遲連梁的剪切破壞。第37頁/共51頁

圖9-3小跨高比連梁的變形和裂縫圖

(a)變形圖；(b)裂縫圖對于延性要求高的核心筒連梁和框筒裙梁，可采用特殊措施，如配置交叉斜筋或交叉暗撐，改善連梁受力性能。

9.4.1概述第38頁/共51頁9.4.2內(nèi)力設(shè)計值1.彎矩設(shè)計值為了使連梁彎曲屈服，應(yīng)降低連梁的彎矩設(shè)計值，方法是彎矩調(diào)幅。調(diào)幅的方法有兩個：a.

在小震作用下的內(nèi)力和位移計算時，通過折減連梁的剛度，使連梁的彎矩、剪力值減小。設(shè)防烈度為6、7度時，折減系數(shù)不小于0.7；8、9度時，折減系數(shù)不小于0.5。折減系數(shù)不能過小，以保證連梁有足夠的承受豎向荷載的能力。

第39頁/共51頁

按連梁彈性剛度計算內(nèi)力和位移，將彎矩組合值乘以折減系數(shù)?？拐鹪O(shè)防烈度為6度和7度，折減系數(shù)不小于0.8；8度和9度時，不小于0.5。用這種方法時應(yīng)適當增加其他連梁的彎矩設(shè)計值(圖9-4)，以補償靜力平衡。

圖9-4連梁彎矩調(diào)幅9.4.2內(nèi)力設(shè)計值第40頁/共51頁2.剪力設(shè)計值

非抗震設(shè)計及四級剪力墻的連梁，取最不利組合的剪力計算值作為其剪力設(shè)計值。一、二、三級剪力墻的連梁，按強剪弱彎要求調(diào)整連梁梁端截面組合的剪力計算值，調(diào)整后的剪力作為設(shè)計值，即連梁截面剪力設(shè)計值按下式計算：

9度抗震設(shè)計時尚應(yīng)符合：

9.4.2內(nèi)力設(shè)計值(9-20)(9-21)第41頁/共51頁9.4.3承載力驗算1.受彎承載力驗算

無地震作用組合時

有地震作用組合時

式中——連梁彎矩設(shè)計值；

——受力縱向鋼筋面積；

——上、下受力鋼筋重心之間的距離。

(9-22)(9-23)第42頁/共51頁2.受剪承載力驗算跨高比較小的連梁斜裂縫擴展到全對角線上，在地震往復(fù)作用下，受剪承載力降低。連梁的受剪承載力按下式驗算：

無地震作用組合時有地震作用組合時:

跨高比大于2.5時

跨高比不大于2.5時

9.4.2內(nèi)力設(shè)計值(9-24)(9-25)(9-26)第43頁/共51頁1.最小截面尺寸

為避免過早出現(xiàn)斜裂縫和混凝土過早剪壞，要限制截面名義剪應(yīng)力，連梁截面的剪力設(shè)計值應(yīng)滿足下式要求：無地震作用組合時:有地震作用組合時:跨高比大于2.5時跨高比不大于2.5時

9.4.4構(gòu)造要求(9-27)(9-28)(9-29)第44頁/共51頁2.配筋