第七章 鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計

第七章鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計2/5/2023第七章鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計§7.1概述§

7.2墻肢設(shè)計§

7.3連梁設(shè)計思考題2/5/2023在鋼筋混凝土房屋建筑結(jié)構(gòu)中，除框架結(jié)構(gòu)外，其他結(jié)構(gòu)體系都有剪力墻。剪力墻剛度大，容易滿足風(fēng)或小震作用下層間位稱角的限值及風(fēng)作用下的舒適度的要求，承載能力大。剪力墻經(jīng)過合理設(shè)計，可以具有良好的抗剪、抗彎及塑性變形性能，形成延性剪力墻結(jié)構(gòu)，在高層建筑中成為一種有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。在地震區(qū)設(shè)置剪力墻（或由剪力墻組成的筒體），可以改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，因此，剪力墻也稱為抗震墻。§7.1概述2/5/2023剪力墻可分為不同的類型：§7.1概述2/5/2023實體墻只有墻肢構(gòu)件，開洞剪力墻由墻墻肢和連梁兩種構(gòu)件組成。在豎向力和水平力作用下，墻肢的內(nèi)力有軸力、彎矩和剪力，連梁的內(nèi)力主要是彎矩和剪力，軸力很小，可忽略不計?！?.1概述2/5/2023墻體承受軸力、彎矩、剪力的共同作用，它應(yīng)當(dāng)符合鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的基本規(guī)律。與柱子相比，它的截面往往薄而長（受力方向截面高寬比大于4時，按剪力墻截面設(shè)計），沿截面長方向要布置許多分布鋼筋，同時，截面抗剪問題也較為突出?！?.1概述2/5/2023剪力墻和柱截面的配筋計算和配筋構(gòu)造都略有不同?！?.1概述2/5/2023在剪力墻內(nèi)，由豎向鋼筋抗彎，水平鋼筋抗剪；要進行正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力計算。必要時，還要進行抗裂度和裂縫寬度的驗算。穩(wěn)定。在樓層之間也要保持局部穩(wěn)定，必要時應(yīng)驗算平面外的承載力。剪力墻必須依賴各層樓板作為支撐，保持平面外的§7.1概述2/5/2023為了實現(xiàn)延性剪力墻，剪力墻的抗震設(shè)計應(yīng)符合下述原則：

1、強墻弱梁

2、強剪弱彎

3、限制墻肢的軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件

4、加強重點部位

5、連梁特殊措施§7.1概述2/5/20231、強墻弱梁

連梁屈服先于墻肢屈服，使塑性變形和耗能分散于連梁中，避免因墻肢過早屈服使塑性變形集中在某一層而形成軟弱層或薄弱層?！?.1概述2/5/20232、強剪弱彎側(cè)向力作用下變形曲線為彎曲型和彎剪型的剪力墻，一般會在墻肢底部一定高度內(nèi)屈服形成塑性鉸，通過適當(dāng)提高塑性鉸范圍及其以上相鄰范圍的抗剪承載力，實現(xiàn)墻肢強剪弱彎、避免墻肢剪切破壞。對于連梁，與框架梁相同，通過剪力增大系數(shù)調(diào)整剪力設(shè)計值，實現(xiàn)強剪弱彎?！?.1概述2/5/20233、限制墻肢的軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件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。限制底部加強部位墻肢的軸壓比、設(shè)置邊緣構(gòu)件是提高剪力墻抗震性能的重要措施。§7.1概述2/5/20234、加強重點部位剪力墻底部加強部位是其重點部位。剪力墻底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層高度二者中的較大值，且不大于15m；部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻，其底部加強部位的高度，可取框支層加框支層以上兩層的高度及落地剪力墻總高度的1/8二者中的較大值。§7.1概述2/5/20235、連梁特殊措施普通配筋的、跨高比小的連粱很難成為延性構(gòu)件，對抗震等級高的、跨高比小的連梁采取特殊措施，使其成為延性構(gòu)件。§7.1概述2/5/2023在軸壓力和水平力的作用下，墻肢的破壞形態(tài)與實體墻的破壞形態(tài)相同，可以歸納為彎曲破壞、彎剪破壞、剪切破壞和滑移破壞等。彎曲破壞彎剪破壞剪切破壞滑移破壞§7.2墻肢設(shè)計2/5/2023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?！?.2墻肢設(shè)計一、內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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：①、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；②、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。§7.2墻肢設(shè)計一、內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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。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?！?.2墻肢設(shè)計一、內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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)1.25。原因是：當(dāng)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。§7.2墻肢設(shè)計一、內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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：

9度時尚應(yīng)符合墻肢剪力放大系數(shù)：一級：1.6、二級：1.4、三級：1.2§7.2墻肢設(shè)計一、內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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(xì)，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。§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023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。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、大偏心受壓承載力計算§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023假定：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；§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023④、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1.5x(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。§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023由上述假定，極限狀態(tài)下矩形墻肢截面的應(yīng)力圖形如下圖:§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023由圖，根據(jù)∑N=0和∑M=0兩個平衡條件，建立方程。㈠、對稱配筋時，As=As’

由∑N=0得：整理得等效矩形應(yīng)力圖受壓區(qū)高度x§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023由圖，根據(jù)∑M=0，對受壓區(qū)中心取矩，得：忽略式中x2項，化簡后得：§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023令：則：截面承載力驗算要求：墻肢的彎矩設(shè)計值§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023工程設(shè)計時：給定豎向分布鋼筋的截面面積Asw計算x值求出Msw計算端部鋼筋面積As由：將x代入：根據(jù)：§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023㈡、不對稱配筋時，As≠As’由∑N=0得：當(dāng)已知受拉鋼筋面積時，由∑M=0

，對受壓鋼筋重心取矩，得：§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023當(dāng)已知受壓鋼筋面積時，由∑M=0

，對受壓鋼筋重心取矩，得：§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023工程設(shè)計時：計算x值計算端部鋼筋面積As給定Asw，并給定一端的端部鋼筋面積As或As’由：或?qū)代入：§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023當(dāng)墻肢截面為T形或I形時，可參考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。計算時，首先要判斷中和軸的位置，然后計算鋼筋的面積?；炷潦軌簠^(qū)高度應(yīng)符合x≥2a’的條件，不滿足時，取x=2a’?！?.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023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?？拷軌狠^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。2．小偏心受壓承載力計算§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023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。

截面受力簡圖見下頁。§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023墻肢小偏心受壓截面應(yīng)力分布圖§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023由圖，根據(jù)∑N=0和∑M=0兩個平衡條件，建立基本方程?！?.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023

采用HPB235級和HRB335級熱軋鋼筋時，截面相對受壓區(qū)高度ξ值可用下述近似計算公式：由基本計算公式可得：㈠、對稱配筋時，As=As’§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023先按端部構(gòu)造配筋要求給定As，然后由下式求解ξ和As’。㈡、不對稱配筋時，As≠As’§7.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023如果，即全截面受壓，取x=hw

，則As’可由下式計算得到：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的穩(wěn)定。這時可按軸心受壓構(gòu)件計算?！?.2墻肢設(shè)計二、墻肢偏心受壓承載力計算2/5/2023墻肢在彎矩M和軸向拉力N作用下，當(dāng)M/N>hw/2-a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1.5x范圍以外的受拉分布鋼筋屈服并參與工作，截面應(yīng)力分布圖形如下頁圖所示。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?！?.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023墻肢大偏心受拉截面應(yīng)力分布圖§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023如圖，矩形截面對稱配筋時，根據(jù)∑N=0得由上式求得受壓區(qū)高度x§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023與大偏壓承載力公式類似，根據(jù)∑M=0，對受壓區(qū)中心取矩，得：忽略式中x2項，化簡后得：§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023令：則：與大偏心受壓相同，在先給定豎向分布鋼筋面積Asw，為保證截面有受壓區(qū)，即要求x＞0，即要求豎向分布鋼筋面積應(yīng)符合下式：§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023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Ａsw，然后按下式計算端部鋼筋面積：當(dāng)拉力較大、偏心矩時，全截面受拉，屬于小偏心受拉。§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023抗震和非抗震設(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?？拐鹪O(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O.85。注意，在計算受壓區(qū)高度x和計算分布鋼筋抵抗矩Msw的公式中，N要乘以。§7.2墻肢設(shè)計三、墻肢偏心受拉承載力計算2/5/2023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

(2)、斜壓破壞

(3)、剪壓破壞1、墻肢斜截面剪切破壞形態(tài)§7.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/2023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。(1)、剪拉破壞?！?.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/2023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)限制截面的剪壓比。(2)、斜壓破壞?！?.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/2023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(xì)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。(3)、剪壓破壞?！?.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/2023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?！?.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/20232、偏心受壓斜截面受剪承載力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：§7.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/20233、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：§7.2墻肢設(shè)計四、墻肢斜截面受剪承載力計算2/5/20231、混凝土強度等級2、最小截面尺寸3、分布鋼筋4、軸壓比限值5、邊緣構(gòu)件6、鋼筋連接§7.2墻肢設(shè)計五、墻肢構(gòu)造要求2/5/2023連梁的特點是跨高比小，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1.0，在側(cè)向力作用下，連梁比較容易出現(xiàn)剪切斜裂縫，見圖:§7.3連梁設(shè)計前言2/5/2023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(dāng)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。§7.3連梁設(shè)計前言2/5/2023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。對于延性要求高的核心筒連梁和框簡裙梁，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。

§7.3連梁設(shè)計前言2/5/2023

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：①、在小震作用下的內(nèi)力和位移計算時，通過折減連粱的剛度，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。1、彎矩設(shè)計值§7.3連梁設(shè)計一、連梁內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023②、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)。抗震設(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(dāng)增加其他連梁的彎矩設(shè)計值，以補償靜力平衡。§7.3連梁設(shè)計一、連梁內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023連梁彎矩調(diào)幅§7.3連梁設(shè)計一、連梁內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023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。2、剪力設(shè)計值§7.3連梁設(shè)計一、連梁內(nèi)力設(shè)計值2/5/2023連梁截面剪力設(shè)計值Vb按下式計算：9度抗震設(shè)計時還需符合下式：§7.3連梁設(shè)計一、連梁內(nèi)力設(shè)計值2/5/20231、受彎承載力驗連梁可按普通梁的方法計算受彎承載力。連梁通常采用對稱配筋（即As=As’

），驗算公式可以簡化如下：無地震作用組合時：有地震作用組合時：§7.3連梁設(shè)計二、承載力驗算2/5/20232、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。