高层建筑结构设计(第五讲).ppt

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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；连梁

2、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：在

3、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 弯剪破坏弯剪破坏剪跨比剪跨比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剪跨比

4、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）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）共同抵抗水平力的

5、剪力墙结构时，应满足那些规定？墙结构时，应满足那些规定？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，受压区高度加大，对弯曲

6、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三、剪力墙的塑性铰区和加强部位三、剪力墙的塑性铰区和加强

7、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果有所不同析所

8、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：剪力包络线向外弯曲，弯矩包络线接近直线

9、，它们沿高度的分布规结论：剪力包络线向外弯曲，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。四、剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值四、剪力墙在高轴压比下的

10、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取重力荷载代表值作用下产生的轴取重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值压力设计值 规范的轴压比限制不区分截面

11、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在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。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：剪拉破坏剪拉破坏 配置抗

12、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 wV底部加强部位墙肢

13、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)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）无地震作用组合时无地震作用组

14、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 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，采用约束边缘构件约束边缘构件，其约束范围

15、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 0.20.2 0.30.3 非加强

16、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 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