《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課件 第7章 高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)1高層建筑結(jié)構(gòu)第七章高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1高層剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算7.5短肢剪力墻結(jié)構(gòu)7.6案例分析——高層混凝土剪力墻住宅設(shè)計(jì)

熊海貝

教授，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)工程系

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高層建筑結(jié)構(gòu)2第七章

高層建筑結(jié)構(gòu)3【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過本章的學(xué)習(xí)，掌握剪力墻平面內(nèi)受力和平面外受力的特點(diǎn)；掌握結(jié)構(gòu)平面和立面布置方法；掌握鋼筋混凝土剪力墻截面承載力驗(yàn)算方法；掌握剪力墻延性設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施;掌握高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和布置要求、高層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?！緦W(xué)習(xí)方法】剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)中的重要抗側(cè)力體系。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)與高層框架結(jié)構(gòu)對(duì)比思考，對(duì)照學(xué)習(xí)，充分了解墻體與框架柱在計(jì)算假定中的特點(diǎn)及適用范圍，思考提高剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)則性和延性的方法，思考洞口對(duì)剪力墻的影響，思考邊緣構(gòu)件和底部加強(qiáng)層設(shè)置的意義和設(shè)計(jì)方法。7.1.1墻體平面內(nèi)受力特點(diǎn)墻體一般指截面長邊（長度）大于其短邊（厚度）4倍的豎向受力構(gòu)件，墻體長邊所在的面稱為墻體平面，墻體厚度方向稱為墻體平面外方向。一般情況下，鋼筋混凝土剪力墻的厚度為200~600mm，長度為1.2m~8m。墻體的長度決定了墻體平面內(nèi)的抗側(cè)剛度和承載力。高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是墻體抗剪承載力高、抗側(cè)剛度大，抵抗水平風(fēng)荷載和地震作用能力強(qiáng)。采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系建造的高層建筑的高度比框架結(jié)構(gòu)體系提高一倍以上，且房屋的高寬比限值增大。因墻體在其平面內(nèi)抗剪剛度大于抗彎剛度，在水平力作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)的水平位移曲線呈彎曲型。7.1高層剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)47.1.1框架結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)圖7-1為正在建設(shè)中的剪力墻住宅結(jié)構(gòu)照片，其中，底層為框架-剪力墻形式。

高層建筑結(jié)構(gòu)5圖7.1圖b圖c剪力墻類別特點(diǎn)整體剪力墻沿墻體立面無洞口，或洞口面積小于墻體總面積的16%，且洞口位于截面中間，洞口長邊尺寸小于洞口至墻邊距離。在這種情況下，洞口對(duì)墻體平面內(nèi)抗剪承載力和抗彎承載力影響極小。因此在水平力作用下，墻體截面符合平截面假定，可按豎向懸臂柱得到滿足力和變形協(xié)調(diào)的各截面內(nèi)力，如圖7-2a所示。小開口剪力墻沿墻體立面有洞口，洞口面積不大于墻體面積的16%。在水平力作用下，墻體的整體變形基本與整體剪力墻一致，但洞口處因附加變形的影響，截面不再符合平截面假定，如圖7-2b所示。雙肢剪力墻和多肢剪力墻墻體沿立面開有一列或多列較大洞口，此時(shí)洞口頂部區(qū)域常被稱為連梁，其受力和變形特點(diǎn)與深梁近似。洞口將墻體分割成兩肢或多肢整體剪力墻，并通過連梁達(dá)到兩個(gè)墻肢或多個(gè)墻肢的變形協(xié)調(diào)，如圖7-2c、d所示。壁式框架剪力墻當(dāng)洞口面積進(jìn)一步擴(kuò)大，洞口寬度較大，墻肢寬度較小，連梁抗彎剛度大于或等于墻肢抗彎剛度，剪力墻被洞口切割成框架的形式，此時(shí)墻體的變形接近于框架結(jié)構(gòu)的變形。但不同的是，由于連梁是深梁，壁柱為短柱，節(jié)點(diǎn)中心基本不出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)變形。即節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)有一段剛體不參與轉(zhuǎn)動(dòng)。因此簡化計(jì)算中將其考慮成帶有一段剛體的壁式框架結(jié)構(gòu)，如圖7-2e所示。7.1.1框架結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)圖7-2剪力墻分類及受力特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)6a)整體墻b)小開口剪力墻c)聯(lián)肢剪力墻

d)多肢剪力墻e)壁式框架剪力墻7.1.2剪力墻平面外受力特點(diǎn)在高層建筑中，混凝土墻體的厚度一般為160mm~600mm，相對(duì)于墻體平面內(nèi)的剛度和承載力而言，墻體出平面方向上的抗剪和抗彎能力很小。因此從結(jié)構(gòu)受力的角度，結(jié)構(gòu)某一方向上的彎矩和剪力分別其同方向平面內(nèi)墻體承擔(dān)，但同時(shí)應(yīng)確保墻體不出現(xiàn)平面外受壓屈曲失穩(wěn)破壞情況。在高層建筑中，混凝土樓蓋是墻體平面外方向的有效支撐。因?qū)痈咭话阍?m~4.5m，當(dāng)無特殊荷載情況下，鋼筋混凝土剪力墻可不驗(yàn)算其出平面抗彎性能。但是，以下兩種情況應(yīng)引起重視：若樓面無法給與墻體側(cè)向支撐，如挑空樓層處，一側(cè)或兩側(cè)無水平橫向支撐，此時(shí)應(yīng)驗(yàn)算墻體的出平面承載力和變形。在有限元分析時(shí)，應(yīng)檢查計(jì)算模型，確保墻體的出平面計(jì)算長度與實(shí)際工程情況相符。

高層建筑結(jié)構(gòu)77.1.2剪力墻平面外受力特點(diǎn)若框架梁（或樓面梁）與墻肢平面外方向垂直或斜向連接，梁端彎矩有可能導(dǎo)致墻肢平面外局部抗彎破壞。為此，應(yīng)在連接處設(shè)置壁柱（暗柱或明柱），提高墻體出平面方向的截面抗彎性能；也可采用減小梁端彎矩的措施，如將梁設(shè)計(jì)成與墻體在平面外鉸接。

高層建筑結(jié)構(gòu)8圖7-3梁與墻體垂直相交的做法

a）剪力墻沿樓面梁軸線方向與梁相連b)扶壁柱與梁相連1-剪力墻；2-樓面梁；3-暗柱；4-扶壁柱7.2.1剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置剪力墻結(jié)構(gòu)在平面布置中更需要遵循規(guī)則布置、雙向布置的原則，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一下要素：1.剪力墻應(yīng)沿主軸方向雙向布置，以確保在兩個(gè)正交主軸方向均有良好的抗側(cè)向內(nèi)力；2.剪力墻平面布置宜對(duì)稱、規(guī)則，剛度中心和質(zhì)量中心盡可能保持重合，避免應(yīng)不對(duì)稱布置產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形；3.剪力墻不宜過長，較長剪力墻宜設(shè)置跨高比較大的連梁將其分成長度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜大于3，墻段長度不宜大于8m；4.當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外相交的樓面梁剛性連接時(shí)，宜設(shè)置與梁相連的剪力墻扶壁柱或在墻內(nèi)設(shè)置暗柱，其截面需滿足：設(shè)置沿樓面梁軸線方向與梁相連的剪力墻時(shí)，墻的厚度不宜小于梁的截面寬度（圖7-3a）；設(shè)置扶壁柱時(shí)，其截面寬度不應(yīng)小于梁寬，截面高度可計(jì)入墻厚（圖7-3b）；5.樓面梁不宜支承在剪力墻或核心筒的連梁上（圖7-4a），宜將樓面梁軸線與墻體軸線貫通一致（圖7-4b）。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)97.2.2剪力墻結(jié)構(gòu)立面布置1.剪力墻豎向宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。2.門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁；3.應(yīng)在墻體端部設(shè)置邊緣構(gòu)件，底部一定范圍設(shè)置加強(qiáng)區(qū)，形成約束墻體，以提高墻體的延性；4.不宜采用上下洞口不對(duì)齊的錯(cuò)洞墻，不宜采用洞口局部重疊的疊合錯(cuò)洞墻，以保證墻肢變形協(xié)調(diào)一致。7.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件1.底部加強(qiáng)區(qū)底部加強(qiáng)區(qū)的高度一般取底部兩層和墻體總高度1／10二者的較大值，高度從地下室頂板算起；當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中嵌固端位于地下一層底板或以下時(shí)，底部加強(qiáng)部位建議延伸到計(jì)算嵌固端處。2.構(gòu)造邊緣構(gòu)件抗震墻兩端和洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，邊緣構(gòu)件包括暗柱、端柱和翼墻，當(dāng)?shù)讓訅χ孛娴妮S壓比不大于表7-2規(guī)定的一、二、三級(jí)抗震墻及四級(jí)抗震墻，墻肢兩端設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，構(gòu)造邊緣構(gòu)件的范圍可按圖7-5采用，構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋除應(yīng)滿足受彎承載力外，并宜符合表7-3的要求。表7-2抗震墻設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最大平均軸壓比7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)10烈度或等級(jí)一級(jí)（9度）一級(jí)（7、8度）二、三級(jí)軸壓比0.10.20.37.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件（2.構(gòu)造邊緣構(gòu)件）圖7-5抗震墻的構(gòu)造邊緣構(gòu)件范圍

表7-3抗震墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋要求注：1.Ac為邊緣構(gòu)件的截面面積；2.其他部位的拉筋，水平間距不應(yīng)

大于縱筋間距的2倍；轉(zhuǎn)角處宜采

用箍筋。3.當(dāng)端柱承受集中荷載時(shí)，

其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距應(yīng)滿

足柱的相應(yīng)要求。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)117.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件（2.構(gòu)造邊緣構(gòu)件）圖7-5抗震墻的構(gòu)造邊緣構(gòu)件范圍構(gòu)造邊緣構(gòu)件尚應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）豎向配筋應(yīng)滿足正截面受壓(受拉)承載力的要求；（2）當(dāng)端柱承受集中荷載時(shí)，其豎向鋼筋、箍筋直徑和間距應(yīng)滿足框架柱的相應(yīng)要求；（3）箍筋、拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300mm，不應(yīng)大于豎向鋼筋間距的2倍；（4）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于連體結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)以及B級(jí)高度高層建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻(筒體)，其構(gòu)造邊緣構(gòu)件的最小配筋應(yīng)比表7-3中的數(shù)值提高0.001Ac采用；箍筋的配筋范圍宜取圖7-5中陰影部分，其配箍特征值λv不宜小于0.1。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)127.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件（3.約束邊緣構(gòu)件）當(dāng)不滿足表7-2時(shí)，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)及上一層墻體的邊緣構(gòu)件稱作約束邊緣構(gòu)件，其余部位為構(gòu)造邊緣構(gòu)件?？拐鹨笤礁?，或墻肢的軸壓比越高，則邊緣構(gòu)件縱筋配筋率要求越高。B級(jí)高度建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構(gòu)件層與構(gòu)造邊緣構(gòu)件層之間設(shè)置1～2層過渡層，過渡層邊緣構(gòu)件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構(gòu)件的要求，但應(yīng)高于構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。剪力墻的約束邊緣構(gòu)件的截面長度、最小配筋率和配箍率應(yīng)符合以下要求：（1）約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度lc和箍筋配箍特征值應(yīng)符合表7-4的要求，其體積配箍率應(yīng)按下式計(jì)算：（7-1）式中：—箍筋體積配箍率；

—約束邊緣構(gòu)件配箍特征值；

—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

—箍筋、拉筋或水平分布鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)137.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件（3.約束邊緣構(gòu)件）（1）約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度lc和箍筋配箍特征值應(yīng)符合表7-4的要求，其體積配箍率應(yīng)按下式計(jì)算：（7-1）式中：—箍筋體積配箍率；

—約束邊緣構(gòu)件配箍特征值；

—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

—箍筋、拉筋或水平分布鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。表7-4約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度及其配箍特征值7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)147.2.3墻體底部加強(qiáng)區(qū)和邊緣構(gòu)件（3.約束邊緣構(gòu)件）（2）剪力墻約束邊緣構(gòu)件陰影部分（圖7-6）的豎向鋼筋除應(yīng)滿足正截面受壓(受拉)承載力計(jì)算要求外，其配筋率一、二、三級(jí)時(shí)分別不應(yīng)小于1.2％、1.0％和1.0％，并分別不應(yīng)少于8Φ6、6Φ6和6Φ4的鋼筋(Φ表示鋼筋直徑)；（3）約束邊緣構(gòu)件內(nèi)箍筋或拉筋沿豎向的間距，一級(jí)不宜大于100mm，二、三級(jí)不宜大于150mm；箍筋、拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300mm，不應(yīng)大于豎向鋼筋間距的2倍。圖7-6樓面剪力墻約束邊緣構(gòu)件截面及其配筋要求7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)157.2.4墻體最小截面和最小配筋率在實(shí)際工程中，由于高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)平面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)高度超出40m，結(jié)構(gòu)整體變形以彎曲變形為主，因此很難采用簡化方法得到每片樓層剪力的樓層剪力，并以此為依據(jù)選取截面尺寸。為此，需要不斷學(xué)習(xí)工程經(jīng)驗(yàn)，尊重建筑功能需求，考慮施工可操作性，預(yù)估墻體合適的截面厚度，滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定的最小截面尺寸。常用截面尺寸與結(jié)構(gòu)整體布置、結(jié)構(gòu)高度、墻體開洞情況等有較大不同，100m左右高度的高層剪力墻住宅，墻厚一般在200mm~400mm，外墻和底部墻體較厚，向上可逐步收進(jìn)?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中給出了最小截面要求：（1）一、二級(jí)剪力墻：底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200mm，其他部位不應(yīng)小于160mm；一字形獨(dú)立剪力墻底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于220mm，其他部位不應(yīng)小于180mm；三、四級(jí)剪力墻：不應(yīng)小于160mm，一字形獨(dú)立剪力墻的底部加強(qiáng)部位尚不應(yīng)小于180mm。（2）高層剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向和水平分布鋼筋不應(yīng)單排配置；當(dāng)剪力墻截面厚度不大于400mm時(shí)，可采用雙排配筋；400mm~700mm時(shí)，宜采用三排配筋；大于700mm時(shí)，宜采用四排配筋。各排分布鋼筋之間拉筋的間距不應(yīng)大于600mm，直徑不應(yīng)小于6mm。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)167.2.4墻體最小截面和最小配筋率（3）剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的間距均不宜大于300mm，直徑不應(yīng)小于8mm，不宜大于墻厚的1／10。剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率，一、二、三級(jí)時(shí)均不應(yīng)小于0.25％，四級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)均不應(yīng)小于0.20％；房屋頂層剪力墻、長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的配筋率均不應(yīng)小于0.25％，間距均不應(yīng)大于200mm。（4）剪力墻縱向鋼筋最小錨固長度應(yīng)取laE；剪力墻豎向及水平分布鋼筋采用搭接連接時(shí)，搭接長度不應(yīng)小于1.2laE；一、二級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位，接頭位置應(yīng)錯(cuò)開，同一截面連接的鋼筋數(shù)量不宜超過總數(shù)量的50％，錯(cuò)開凈距不宜小于500mm。7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)177.2.5連梁截面和最小配筋率剪力墻洞口上的連接部分稱為連梁。一般情況下，其跨度與連梁截面的高度之比小于3，主要傳遞墻體間的剪力。為此，連梁截面的寬度一般同墻厚，截面高度由門洞大小決定?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，為提高墻肢的變形能力，跨高比較小的高連梁，可設(shè)水平縫形成雙連梁、多連梁或采取其他加強(qiáng)受剪承載力的構(gòu)造，見圖7-7。圖7-7連梁配筋構(gòu)造示意7.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)布置與構(gòu)造要求

高層建筑結(jié)構(gòu)187.3.1剪力墻內(nèi)力簡化計(jì)算理論分析和試驗(yàn)研究表明，剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)取決于剪力墻開洞情況。根據(jù)洞口大小和位置的不同，其截面應(yīng)力分布不同。針對(duì)規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)，計(jì)算和分析墻體內(nèi)力和位移時(shí)可采用簡化方法進(jìn)行。1.整體墻對(duì)于整體墻，在水平力作用下其截面保持平面，法向應(yīng)變呈線性分布，因此可通過混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、邊界條件建立力學(xué)平衡方程得到該截面的內(nèi)力及變形。按整體組合截面計(jì)算慣性矩，剪力墻的組合截面慣性矩取有洞口和無洞口截面慣性矩沿豎向加權(quán)平均值（7-2）為了簡化，抗側(cè)力剛度可采用按頂點(diǎn)位移相等的原則折算為豎向懸臂受彎構(gòu)件的等效剛度。剛度沿豎向較均勻的剪力墻結(jié)構(gòu)，其等效剛度可分別按下列方法進(jìn)行計(jì)算：

（7-3）圖7-7連梁配筋構(gòu)造示意7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)197.3.1剪力墻內(nèi)力簡化計(jì)算理論分析和試驗(yàn)研究表明，剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)取決于剪力墻開洞情況。根據(jù)洞口大小和位置的不同，其截面應(yīng)力分布不同。針對(duì)規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)，計(jì)算和分析墻體內(nèi)力和位移時(shí)可采用簡化方法進(jìn)行。2.小開口剪力墻對(duì)于小開口剪力墻，其截面特性與整體墻類似，但洞口處截面應(yīng)變不連續(xù)，結(jié)構(gòu)整體變形增加。為方便計(jì)算，采用與整體墻類似的方法，但等效剛度考慮洞口處連梁彎曲的影響。即等效剛度計(jì)算公式(7-3)中，近似取組合截面慣性矩的80％，為第墻肢的截面面積。一般將總力矩的85%按上述整體墻計(jì)算墻肢彎矩和軸力，將總力矩的15%按墻肢的剛度進(jìn)行再分配。3.雙肢和聯(lián)肢剪力墻當(dāng)洞口進(jìn)一步增大，墻體在水平荷載作用下不能滿足平截面假定，但連梁可以協(xié)調(diào)兩個(gè)獨(dú)立墻肢的變形。為此，對(duì)于雙肢墻和聯(lián)肢墻，可以采用連續(xù)連桿法，將連梁和樓蓋的作用假想為在聯(lián)系雙肢或多肢墻體的一系列連續(xù)均勻分布的連桿，由連桿的位移協(xié)調(diào)條件建立雙肢或多肢墻的內(nèi)力微分方程，根據(jù)變形協(xié)調(diào)方程和物理方程，求解得到每肢墻體的剪力和彎矩，以及連梁的剪力和彎矩。4.壁式框架剪力墻當(dāng)洞口尺寸進(jìn)一步增大，雙肢或多肢墻在豎向無法連續(xù)協(xié)調(diào)變形一致。剪力墻的變形趨向于框架柱的變形，連梁的作用趨向于框架梁的作用。為此，該形式的剪力墻可視為帶剛域的框架柱，等效剛度可按頂點(diǎn)位移相等的原則折算為豎向懸臂受彎構(gòu)件的抗側(cè)力剛度，對(duì)于聯(lián)肢墻和壁式框架可根據(jù)等效剛度轉(zhuǎn)換為帶剛域框架(圖7-8)，然后采用框架結(jié)構(gòu)的求解方式計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力。7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)207.3.1剪力墻內(nèi)力簡化計(jì)算4.壁式框架剪力墻當(dāng)洞口尺寸進(jìn)一步增大，雙肢或多肢墻在豎向無法連續(xù)協(xié)調(diào)變形一致。剪力墻的變形趨向于框架柱的變形，連梁的作用趨向于框架梁的作用。為此，該形式的剪力墻可視為帶剛域的框架柱，等效剛度可按頂點(diǎn)位移相等的原則折算為豎向懸臂受彎構(gòu)件的抗側(cè)力剛度，對(duì)于聯(lián)肢墻和壁式框架可根據(jù)等效剛度轉(zhuǎn)換為帶剛域框架(圖7-8)，然后采用框架結(jié)構(gòu)的求解方式計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力。7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)21帶剛域節(jié)點(diǎn)

帶剛域構(gòu)件圖7-8帶剛域的框架分析7.3.1剪力墻內(nèi)力簡化計(jì)算5.剪力墻計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題（1）剪力墻翼緣作用計(jì)算地震作用，位移及剪力墻協(xié)同工作時(shí)，應(yīng)考慮縱橫墻相連的共同工作?，F(xiàn)澆剪力墻的翼緣有效寬度可采用剪力墻間距的一半、門窗洞間的墻寬、剪力墻兩側(cè)各6倍翼緣厚度和剪力墻總高的1/10這四者中的最小者。當(dāng)剪力墻墻肢出現(xiàn)大偏拉情況時(shí)，翼緣的壓力影響范圍最多采用翼緣墻的一個(gè)開間。剪力墻的截面計(jì)算可近似不考慮翼緣的作用，但端部配筋可考慮部分翼緣范圍內(nèi)的配筋；該范圍可取剪力墻厚度加兩側(cè)各2倍翼緣墻厚度。（2）剪力墻有錯(cuò)位或轉(zhuǎn)折情況的近似計(jì)算剪力墻由于墻體分隔，在平面上可能錯(cuò)開位置而不能直通(圖7-9)?？拐鸬燃?jí)為一級(jí)、二級(jí)的剪力墻，當(dāng)墻軸線錯(cuò)開距離不大于3倍連接墻厚度，且樓板為現(xiàn)澆時(shí)，有錯(cuò)位墻可近似按整體直線墻考慮，見圖7-9?？拐鸬燃?jí)為三級(jí)的剪力墻，當(dāng)錯(cuò)開距離不大于6倍連接墻體厚度且不大于2.0m時(shí)，也可近似按整體墻考慮，但計(jì)算所得的內(nèi)力應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2，等效剛度應(yīng)乘以折減系數(shù)0.8。7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)22圖7-9可近似按連續(xù)直線墻考慮的錯(cuò)位或轉(zhuǎn)折墻a）錯(cuò)開位置的剪力墻

b)折線剪力墻7.3.2剪力墻結(jié)構(gòu)三維有限元計(jì)算雖然簡化方法概念清晰，但由于實(shí)際工程平面和立面布置復(fù)雜，無法滿足簡化分析中的計(jì)算假定。目前均采用專用設(shè)計(jì)軟件或大型結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析。在彈性有限元分析中，墻體一般劃分為正方型或矩形單元，在單元節(jié)點(diǎn)處變形協(xié)調(diào)。在設(shè)計(jì)軟件中，單元?jiǎng)澐忠话阌沙绦蜃詣?dòng)完成。在復(fù)雜形狀的墻體分析中，如采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件，也可人為定義和劃分復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處的單元。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，一般情況下根據(jù)建筑功能確定剪力墻的布置，根據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)確定剪力墻的截面尺寸，根據(jù)最小配筋率確定墻體的分布鋼筋和邊緣構(gòu)件的配筋；然后利用設(shè)計(jì)軟件建立三維有限元模型，得到結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣；根據(jù)結(jié)構(gòu)所在的地域和設(shè)計(jì)條件確定荷載和荷載效應(yīng)組合。一般情況下，地震效應(yīng)組合起控制作用。通過計(jì)算，驗(yàn)算各墻肢和連梁的內(nèi)力。第一輪計(jì)算結(jié)果可能出現(xiàn)樓層彈性位移角偏小或偏大、平面扭轉(zhuǎn)、連梁超筋或軸壓比超限等情況，則需要根據(jù)概念設(shè)計(jì)原則調(diào)整剪力墻布置，增大或減小截面尺寸。在滿足規(guī)則性、樓層水平位移角和截面最小尺寸的前提下，驗(yàn)算邊緣構(gòu)件配筋率，檢查構(gòu)造措施要求，完成剪力墻設(shè)計(jì)。7.3剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)23混凝土剪力墻極限狀態(tài)下墻體承載力設(shè)計(jì)與框架柱設(shè)計(jì)過程基本一致，包括平面內(nèi)正截面偏心受壓或偏心受拉、斜截面受剪、平面外軸心受壓承載力驗(yàn)算。7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)24墻體承載力設(shè)計(jì)平面外軸心受壓承載力平面內(nèi)正截面偏心受壓集中荷載作用下，墻內(nèi)無暗柱時(shí)還應(yīng)進(jìn)行局部受壓承載力驗(yàn)算。進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算前，首先要確定合理的墻體厚度和連梁截面尺寸，其方法基本與框架柱與框架梁最小截面確定方法一致，需滿足地震荷載效應(yīng)組合下的剪壓比、軸壓比要求。設(shè)計(jì)方法是，首先確立結(jié)構(gòu)平面、結(jié)構(gòu)立面，根據(jù)剪力墻最小厚度要求，考慮建筑平面布置和工程經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)放大，或根據(jù)軸壓比估算截面厚度。平面內(nèi)正截面偏心受拉斜截面受剪7.4.1正截面抗彎承載力驗(yàn)算剪力墻屬于偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件。它的特點(diǎn)是：截面呈片狀（截面高度遠(yuǎn)大于截面墻板厚度），墻板內(nèi)配有均勻的豎向分布鋼筋。通過試驗(yàn)可見，這些分布鋼筋都能參加受力，對(duì)抵抗彎矩有一定作用，計(jì)算中應(yīng)加以考慮。但由于豎向分布鋼筋都比較細(xì)，易產(chǎn)生壓屈現(xiàn)象，所以計(jì)算時(shí)忽略受壓區(qū)分布鋼筋作用，使設(shè)計(jì)偏于安全。如有可靠措施防止分布筋壓屈，也可在計(jì)算中計(jì)入其受壓作用。和框架柱原理一致，墻肢也可根據(jù)破壞形態(tài)不同分為大偏壓、小偏壓、大偏拉和小偏拉等四種情況。根據(jù)平截面假定及極限狀態(tài)下截面應(yīng)力分布假定，并進(jìn)行簡化后得到截面計(jì)算公式。1.大偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算（）根據(jù)平截面假定，當(dāng)時(shí)，構(gòu)件為大偏心受壓，平衡配筋的受壓區(qū)高度比為（7-7）7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)257.4.1正截面抗彎承載力驗(yàn)算1.大偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算（）根據(jù)平截面假定，當(dāng)時(shí)，構(gòu)件為大偏心受壓，平衡配筋的受壓區(qū)高度比為（7-7）圖7-10大偏心受壓極限應(yīng)力狀態(tài)大偏心受壓時(shí)，極限狀態(tài)下截面應(yīng)變狀態(tài)如圖7-10(c)所示。受拉鋼筋應(yīng)力，分布鋼筋達(dá)到屈服應(yīng)力，圖7-10(d)為端部鋼筋受壓區(qū)混凝土及經(jīng)過簡化處理的分布鋼筋應(yīng)力分布。除了未考慮受壓區(qū)的分布筋外，在中和軸附近的分布鋼筋應(yīng)力較小，也不計(jì)入，因此，只計(jì)算-1.5x范圍內(nèi)的分布鋼筋，并認(rèn)為它們都達(dá)到了屈服應(yīng)力。7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)267.4.1正截面抗彎承載力驗(yàn)算2.小偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算（）在小偏心受壓時(shí)，截面全部受壓或大部分受壓，受拉部分的鋼筋未達(dá)到屈服應(yīng)力，因此所有分布鋼筋都不計(jì)入抗彎。圖7-11小偏心受壓極限應(yīng)力狀態(tài)7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)277.4.1正截面抗彎承載力驗(yàn)算3.偏心受拉承載力計(jì)算當(dāng)墻肢截面承受拉力時(shí)，由偏心距大小判別其屬于大偏心受拉還是小偏心受拉。時(shí)為大偏心受拉；時(shí)為小偏心受拉。7-12大偏心受拉極限應(yīng)力狀態(tài)7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)287.4.2斜截面抗剪承載力驗(yàn)算1.抗剪承載力計(jì)算公式鋼筋混凝土剪力墻中一般配置豎向和水平分布鋼筋，二者對(duì)抵抗斜裂縫都有作用，它們各自作用的大小與剪跨比、斜裂縫傾斜度有關(guān)。但是在設(shè)計(jì)中，通常將二者的功能分開：豎向分布筋抵抗彎矩，而水平分布筋抵抗剪力。因此，斜截面抗剪承載力計(jì)算的主要目的是在給定的截面尺寸和混凝土等級(jí)下，計(jì)算水平分布筋的面積。由試驗(yàn)可知，截面上存在一定的軸向壓力對(duì)抗剪承載力是有利的，而軸向拉力會(huì)減小斜截面抗剪承載力。偏心受壓及受拉斜截面抗剪承載力驗(yàn)算公式如下（偏心受拉時(shí)與N有關(guān)，取“-”號(hào)）：無地震作用組合時(shí)：（7-30）有地震作用組合時(shí)：（7-31）7-12大偏心受拉極限應(yīng)力狀態(tài)7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)297.4.2斜截面抗剪承載力驗(yàn)算2.剪力墻截面尺寸及軸壓比驗(yàn)算剪力墻中斜裂縫出現(xiàn)可能有兩種情況。（1）由彎曲受拉邊緣先出現(xiàn)水平裂縫，然后向傾斜方向發(fā)展成為斜裂縫。（2）因墻體中部主拉應(yīng)力過大而出現(xiàn)斜向裂縫，然后向兩邊緣發(fā)展。當(dāng)剪力墻截面過小或混凝土強(qiáng)度等級(jí)選擇不恰當(dāng)時(shí)，截面剪應(yīng)力過高，只能用加大混凝土截面或提高混凝土等級(jí)來防止，在設(shè)計(jì)中則從限制截面的剪壓比來體現(xiàn)這一要求。為了避免剪力墻斜壓破壞，要限制剪壓比，即混凝土截面平均剪應(yīng)力與混凝土抗壓強(qiáng)度比值，為此，剪力的截面尚應(yīng)符合下列要求：!

!

!當(dāng)不滿足上述要求時(shí)，應(yīng)加大截面尺寸或提高混凝土等級(jí)。7-12大偏心受拉極限應(yīng)力狀態(tài)7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)307.4.2斜截面抗剪承載力驗(yàn)算2.剪力墻截面尺寸及軸壓比驗(yàn)算混凝土在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土剪力墻的高度較大，豎向荷載也較大，作用在剪力墻上的軸壓應(yīng)力也隨之加大。當(dāng)偏心受壓剪力墻所受軸壓力較大時(shí)，壓區(qū)高度增大，與偏心受壓的鋼筋混凝土柱類似，延性就會(huì)降低，對(duì)抗震性能不利。因此，為保證在地震作用下剪力墻具有良好的延性，需要限制剪力墻軸壓比的大小。墻肢軸壓比為重力荷載代表值作用下墻肢承受的軸向壓力設(shè)計(jì)值與墻肢全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻墻肢的軸壓比不宜超過表7-6中的限值。截面受壓區(qū)高度不僅與軸壓力有關(guān)，而且與截面形狀有關(guān)。在相同的軸壓力作用下，帶翼緣的剪力墻受壓區(qū)高度較小，延性相對(duì)較好。因此，對(duì)截面形狀為一字形的矩形剪力墻墻肢應(yīng)從嚴(yán)控制其軸壓比。7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)317.4.3連梁截面承載力驗(yàn)算剪力墻中的連梁通?？缍容^小而梁高較大，在住宅、旅館等建筑中采用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，連梁跨高比可能小于2.5,有時(shí)接近1。這種連梁的受力性能與一般垂直荷載下的深梁不同（豎向荷載產(chǎn)生的彎矩與剪力不大），在水平荷載下它與墻肢相互作用產(chǎn)生的約束彎矩與剪力較大，約束彎矩和剪力在梁兩端方向相反，對(duì)剪應(yīng)力十分敏感，容易出現(xiàn)斜裂縫。特別在反復(fù)荷載作用下易形成交叉裂縫，導(dǎo)致剪切破壞。為此，連梁設(shè)計(jì)是剪力墻設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)321.連梁截面驗(yàn)算2.連梁正截面承載力驗(yàn)算3.連梁斜截面承載力驗(yàn)算4.剪力墻施工縫的抗滑移驗(yàn)算7.4.4剪力墻施工縫的抗滑移驗(yàn)算剪力墻的水平施工縫是受剪的薄弱部位，特別是當(dāng)剪應(yīng)力較高、軸壓力較小，甚至出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，一級(jí)剪力墻的施工縫截面應(yīng)進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算，此時(shí)只考慮鋼筋及摩擦力的作用，按下式驗(yàn)算：（7-46）7.4混凝土剪力墻承載力計(jì)算

高層建筑結(jié)構(gòu)337.5.1短肢剪力墻特點(diǎn)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結(jié)構(gòu)型式是盡可能滿足空間布置要求而誕生的，其特點(diǎn)是：①結(jié)合建筑平面功能需求，便于空間的靈活布置；②較普通剪力墻結(jié)構(gòu)，墻肢長度明顯減小，抗側(cè)剛度和抗剪承載力明顯減小，結(jié)構(gòu)的總高度有限；③墻肢長度小，結(jié)構(gòu)延性較好。高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，可作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度宜低于普通剪力墻的最大高度，7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。B級(jí)高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻的受力、變形特征介于框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)之中。

7.5短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)347.5.2受力特點(diǎn)對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法。在進(jìn)行以上分析后，按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JGJ3-91）進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計(jì)，相對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)踐較為成熟，但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防；

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；

高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力，由一些模型試驗(yàn)反映出外周邊墻肢開裂，因而對(duì)外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢；

各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近，必要時(shí)用長肢墻來調(diào)整剛度中心；

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁其受力特性接近框架梁，計(jì)算時(shí)應(yīng)按框架梁要求，按強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7.5短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)357.5.3短肢剪力墻的抗震設(shè)計(jì)短肢剪力墻截面較小，接近框架柱的截面長寬比，但截面寬度又較小，因此其單片墻體的抗剪承載力和抗側(cè)剛度較小，在水平力作用下短肢墻體出現(xiàn)一定的剪切變形。設(shè)計(jì)時(shí)，如果將短肢剪力墻假定為二維墻單元，可能過高估計(jì)其抗剪剛度和抗剪承載力；若按一維桿單元假定，則可能低估其抗剪能力。為此，針對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的有限元分析，應(yīng)根據(jù)截面的特點(diǎn)選用合適的有限單元假定，慎重選擇計(jì)算參數(shù)和折減系數(shù)，了解計(jì)算軟件中單元的特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理性判斷。針對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1．地震區(qū)高層建筑中可部分采用短肢剪力墻，不宜采用僅有短肢剪力墻的高層建筑，宜采用短肢剪力墻與混凝土核心筒或與一般剪力墻形成共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)體系，以形成多道抗震防線。2．短肢剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)合理、對(duì)稱、均勻，質(zhì)量中心與剛度中心應(yīng)盡可能重合，短肢墻布置應(yīng)以T形、L形、]形、+形為主，以增加短肢墻抗扭性能和出平面外穩(wěn)定性能。3.當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，宜加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如增大截面厚度、減小軸壓比、增加縱筋和箍筋等，以避免短肢剪力墻翹曲變形加劇。4．短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，核心筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，其目的是限制短肢剪力墻的數(shù)量。5.短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比一般剪力