剪力墻結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計

1、剪力墻結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計,1。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的控制和設(shè)計2。剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計及配筋控制3。剪力墻組合配筋的合理選取,1。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的控制和設(shè)計,1.1。短肢剪力墻的特點及其與異形柱的區(qū)別1.2。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的界定方法1.3。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計1.4。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的混合設(shè)計討論,1.1。短肢剪力墻的特點及其與異形柱的區(qū)別,對于12～16層的小高層建筑結(jié)構(gòu)，采用既可以保證結(jié)構(gòu)的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正

2、合理。所以短肢剪力墻結(jié)構(gòu)得以普遍應用。短肢剪力墻的受力、變形特征，類似以框剪結(jié)構(gòu)。但比框架結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。,短肢墻與異形柱的區(qū)別,截面尺寸：柱：H/B 8。（不限）當有大于兩肢的短肢墻或異形柱時，盡管各肢的長寬比符合要求，也宜按墻輸入、設(shè)計。,1.2。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的適用范圍,規(guī)程相關(guān)規(guī)定：高規(guī)第7.1.2條規(guī)定了高層建筑結(jié)構(gòu)不應采用

3、全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時，應布置筒體（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)，并且應符合一系列規(guī)定。第7.1.3條規(guī)定了B級高度高層建筑和9度抗震設(shè)計的A級高度高層建筑，不應采用第7.1.2條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。,,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義：（1）短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；（2）高層建筑結(jié)構(gòu)不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；（3）短肢

4、剪力墻較多時，應布置筒體（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)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的 50%。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的下限：當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的 15%～ 40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應用范圍,

5、B級高度高層建筑和 9度抗震設(shè)計的 A級高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用。其最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當降低，且7度和8度抗震設(shè)計時分別不應大于100m和60m。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個別小墻肢，不應看成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)而應作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，其首先應是全剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，應有足夠的長肢剪力墻。如果把短肢墻看成異形柱，則短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以認為呈框剪結(jié)構(gòu)的變形特征

6、。當結(jié)構(gòu)形式符合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結(jié)構(gòu)體系中，定義結(jié)構(gòu)為“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”。當采用殼元模型時，應加細單元的劃分。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有時用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元則有單元劃分不細的問題。,,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特征,,,,,,框架或短肢墻的樓層位移曲線,剪力墻的樓層位移曲線,框剪或短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的樓層位移曲線,都是短肢墻不一定屬于短肢剪力墻結(jié)構(gòu),典型的短肢剪力

7、墻結(jié)構(gòu)——中間有核心筒,底部傾覆彎矩不滿足規(guī)范——大于50%,,,,1.3。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計,短肢墻與異形柱的設(shè)計區(qū)別：異形柱：軸壓比（按框架柱）、剛度（梁考慮剛域）、配筋（雙偏壓）、構(gòu)造（按異形柱規(guī)程）。短肢墻：軸壓比（按剪力墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按剪力墻）、構(gòu)造（按高規(guī)的短肢墻構(gòu)造）。,超短肢墻的處理,弱短肢剪力墻（截面高厚比小于5的墻肢）：高規(guī)7.2.5條文規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于

8、為5的剪力墻；當其小于5時，其在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一級（9度）、一級（7、8度）、二級、三級時分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。短墻（截面高度之比不大于3的墻肢） ：高規(guī)7.2.5條文和抗震規(guī)范6.4.9條文規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時，應按柱的要求進行設(shè)計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其它部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。,總結(jié)——短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗

9、震加強,抗震設(shè)計時，短肢剪力墻的抗震等級應比高規(guī)4.8.2規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用。抗震設(shè)計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1?？拐鹪O(shè)計時，除底部加強部位應按高規(guī)7.2.10條調(diào)整剪力設(shè)計值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2

10、?？拐鹪O(shè)計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。,短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm。7度和8度抗震設(shè)計時，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C25。,21層短肢墻結(jié)構(gòu),立面,短肢墻所占傾覆彎矩的比例,,1.4。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的混合設(shè)計討論

11、,混合的結(jié)構(gòu)類型，給設(shè)計來混淆，雖然不提倡，但是實際工程確實不時遇到。典型案例：下部是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，上部是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)類型的判斷基于以下方面：1。短肢墻被下部托梁抬起，上下不連續(xù)，結(jié)構(gòu)整體變形特征不符合短肢剪力墻（框剪）結(jié)構(gòu)的形式。2?？刂贫讨袅Y(jié)構(gòu)的傾覆彎矩失去依據(jù)，因為要求短肢墻上下連續(xù)，且下部短肢墻所占傾覆彎矩小于50%，此時所要求的“下部”已經(jīng)失去。,3。在加強區(qū)，“復雜高層結(jié)構(gòu)”的設(shè)計要比“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)嚴

12、得多。結(jié)構(gòu)的薄弱部位也是在底部轉(zhuǎn)換層區(qū)，所以這類結(jié)構(gòu)應該按“復雜高層結(jié)構(gòu)”來設(shè)計。4。轉(zhuǎn)換層上部剪力墻應按框支剪力墻結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)置加強鋼筋。5。對于非加強區(qū)部位的短肢墻設(shè)計，可以參考“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”的要求，適當加強構(gòu)造。當然，也可以按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求設(shè)計。,21層底部框支上部短肢墻結(jié)構(gòu)——按復雜高層設(shè)計,短肢墻平面,立面,加強區(qū)配筋簡圖,,,,非加強區(qū)配筋簡圖,,,,,,按復雜高層設(shè)計配筋小些,上部非加強區(qū)配筋簡圖——按

13、短肢墻設(shè)計,,,,,按短肢墻設(shè)計配筋大些,,總結(jié),下部轉(zhuǎn)換層上部短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，其加強區(qū)應按框支剪力墻結(jié)構(gòu)的要求設(shè)計。非加強區(qū)沒有特殊要求也可以按復雜高層設(shè)計，有特殊要求，可以按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計加強。結(jié)構(gòu)的位移控制、轉(zhuǎn)換層強制薄弱層、轉(zhuǎn)換梁、框支柱、配筋構(gòu)造等等，均應按“復雜高層結(jié)構(gòu)”控制、設(shè)計。,2。剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計及配筋控制,2.1。剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置要求2.2。剪力墻配筋存在的問題2.3。剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計2.4

14、。剪力墻的剛度和地震作用2.5。邊緣構(gòu)件的配筋疊加和合理處理,2.1。剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置要求,高規(guī)的7.2.15條規(guī)定：抗震設(shè)計時，一、二級剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位及以上一層的墻肢設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設(shè)計的剪力墻墻肢均應設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。對于這兩類邊緣構(gòu)件，程序都可以通過自動搜索確定。邊緣構(gòu)件的一些特征尺寸、主筋面積、箍筋面積或者配箍率，用戶都可以在邊緣構(gòu)件簡圖中看到。,約束邊緣構(gòu)件的規(guī)范的

15、要求,,邊緣構(gòu)件的配筋,新規(guī)范程序?qū)τ诩袅ε浣罱Y(jié)果的表示提供兩張圖，一張是配筋簡圖中對于各個直線剪力墻段的配筋結(jié)果，另一張是邊緣構(gòu)件配筋結(jié)果。值得注意的是：直線剪力墻段的暗柱主筋給出的是計算值，如果計算值小于零則取零，并不考慮構(gòu)造要求；而邊緣構(gòu)件簡圖中的配筋結(jié)果則同時考慮了鋼筋計算值和構(gòu)造值，也即二者當中取大。簡言之，剪力墻的配筋結(jié)果以邊緣構(gòu)件簡圖為準，直線剪力墻段的配筋圖僅供校核之用。,按單肢墻配筋的剪力墻配筋簡圖,,,,,,形成邊

16、緣構(gòu)件的配筋,,,2.2。剪力墻配筋存在的問題,由于一般采取直線段配筋模式，所以產(chǎn)生以下問題:對超長直線段墻，采用平截面假定配筋，截面剛度估計偏大，配筋偏小。尤其是地下室外墻的配筋問題。而把長墻分段配筋也是沒有依據(jù)的。對有面外墻相連的直線段墻，沒有考慮面外墻的翼緣作用，如果考慮翼緣作用，則配筋將減少。對弧墻的配筋，目前沒有好的辦法。當有邊框柱與墻相連時，沒有考慮邊框柱與墻的共同工作，使得邊框柱和與之相連的剪力墻配筋都偏大。,L形

17、邊緣構(gòu)件的配筋，是兩個墻肢配筋的疊加，這樣L形邊緣構(gòu)件的配筋將偏大。帶邊框柱的邊緣構(gòu)件配筋，是柱配筋與墻配筋的疊加，則這樣的邊緣構(gòu)件配筋也偏大。弧墻的邊緣構(gòu)件配筋，有時生成得不對，要注意察看、復核。超長墻產(chǎn)生的邊緣構(gòu)件，由于受到配筋合理性的影響，也需要復核。對于多肢斜交墻肢的端部，是多個墻肢配筋的疊加，造成這個邊緣構(gòu)件配筋很大，須注意。,邊緣構(gòu)件配筋存在的問題,超長墻的配筋,,超長墻分段配筋,,L形邊緣構(gòu)件的配筋,,弧墻的配筋,

18、,多肢斜交邊緣構(gòu)件的配筋,,,邊框柱的配筋,,由此產(chǎn)生的邊緣構(gòu)件的配筋,,2.3。剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計,加強區(qū)約束邊緣構(gòu)件——剪力墻加強區(qū)及約束邊緣構(gòu)件的確定：加強區(qū)按要求取1/8～1/10的結(jié)構(gòu)總高度，并不小于2層。在加強區(qū)及以上一層為約束邊緣構(gòu)件。加強區(qū)的設(shè)計調(diào)整系數(shù)與非加強區(qū)不同。地下室程序自動認為是加強區(qū)，也可用人工指定加強區(qū)的起算層號的手段來指定地下室為非加強區(qū)。有地下室時，程序自動扣除地下室的高度計算加強區(qū)。,邊緣

19、構(gòu)件設(shè)計注意事項,當兩個邊緣構(gòu)件靠的很近時，程序會自動考慮合并。邊框柱作為剪力墻的一部分與墻共同工作，邊框柱按柱配筋作為參考。邊緣構(gòu)件的配筋，尤其是L形端部，按分段直線段配筋有時過大，可以考慮鋼筋的共用，如考慮翼緣的作用，兩個方向的配筋可以取大值，至少可以減去中間部分的鋼筋面積。邊緣構(gòu)件中的箍筋按構(gòu)造要求配置，尤其是一、二級抗震等級的邊緣構(gòu)件。,剪力墻加強區(qū)起算層號,,加強區(qū)層數(shù)，下部要扣除“起算層號”,單肢墻的軸壓比,L形邊緣構(gòu)

20、件的配筋可以適當減少,,帶邊框柱的邊緣構(gòu)件的配筋可以減少,,多肢斜交邊緣構(gòu)件的配筋可以減少,,,2.4。剪力墻的剛度和地震作用,為什么剪力墻結(jié)構(gòu)配筋容易超限？剪力墻結(jié)構(gòu)的特點是：剛度大、地震作用大，墻的長度變化較大，造成剛度不均勻性較大，地震力容易集中，造成局部設(shè)計超限。且不容易調(diào)整。要調(diào)整、改善剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要從調(diào)整剛度入手。如果地震作用很大，則再增加截面和材料強度也是收效甚微的。短一些的墻肢、或墻肢長度均勻，可以部

21、分彌補這些缺點。而采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，由于肢長太短，又帶來新的問題。,,,,墻肢配筋超限,,墻梁配筋超限,,,,,,地震內(nèi)力起主要作用,,地震內(nèi)力起主要作用,如何調(diào)整剪力墻的剛度？當結(jié)構(gòu)布置造成剛度過大，地震作用太大時，減弱剪力墻的剛度是一個很有效的方法之一。剛度下降，地震作用減少，則構(gòu)件設(shè)計可以通過。減少剛度的方法可以用開大洞、去掉一些內(nèi)墻的方法。剛度減小會不會位移不夠？剛度、地震力、位移是三個相互耦合的分析結(jié)果。但主

22、要看剛度和地震力誰跑的快，誰就占主導地位。當剛度下降的過快，則位移就有可能不夠。結(jié)構(gòu)分析的反復調(diào)整，就是對剛度、地震力、位移的不斷調(diào)整，以達到一個理想的結(jié)果。,連梁應采用怎樣的計算模型？對結(jié)構(gòu)剛度有什么影響？由墻開洞產(chǎn)生的連梁，對結(jié)構(gòu)的整體剛度影響是很大的。不同的連梁剛度模型（殼元、桿元），計算結(jié)果會產(chǎn)生較大的差異。即使采用同一種模型，如殼元，單元劃分的不同，差異也會較大。連梁剛度變化，對整體結(jié)構(gòu)影響較大，它是整體結(jié)構(gòu)的剛度調(diào)

23、節(jié)器。兩端剪力墻中的連梁，起到傳遞水平剪力的作用，所以當兩端剪力墻剛度很大（墻很長）時，墻吸收很大的地震力，則連梁往往抗剪超限。,,,,,,,,,,,,,,連梁殼單元劃分,,連梁與墻的協(xié)調(diào)節(jié)點,,,,,,,,,,,框架梁與墻的協(xié)調(diào)節(jié)點,,,連梁不同的分析模型,連梁桿單元模型,,,,,,,,,,,,,連梁的單元劃分方式1,,連梁與墻的協(xié)調(diào)節(jié)點,,,,,,,,,框架梁與墻的協(xié)調(diào)節(jié)點,,,,,,,,,,連梁的單元劃分方式2,,,連梁不同的單

24、元劃分,,,超限連梁兩端剪力墻較長,不同的剪力墻分析模型有什么區(qū)別？目前常用的剪力墻分析模型，主要有殼元、薄壁桿元兩種。由于有多種（幾十種）殼元模型，根據(jù)不同的協(xié)調(diào)條件，可以產(chǎn)生不同的殼元模型，只要單元劃分一致，在彈性小變形下的計算結(jié)果基本一致。復雜的剪力墻結(jié)構(gòu)應采用殼元模型。只有比較簡單的，墻肢較短的、洞口上下對齊的剪力墻結(jié)構(gòu)可以采用薄壁桿元模型。對于有大量短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)，采用殼元模型時，單元劃分應加細，否則容易產(chǎn)生較大

25、的誤差。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,SATWE上下墻節(jié)點要求協(xié)調(diào),PMSAP上下墻可以采用附加位移函數(shù)作為約束條件的廣義協(xié)調(diào),,廣義協(xié)調(diào)位移函數(shù)曲線,對于復雜高層結(jié)構(gòu)也要使用兩種不同的計算模型進行分析,,,,2.5。邊緣構(gòu)件的配筋疊加和合理處理,邊緣構(gòu)件中的配筋是如何產(chǎn)生的？邊緣構(gòu)件中的配筋面積是通過單肢墻配筋疊加得到的。單肢墻配筋時，沒有考慮翼緣的有利作用。所以，邊緣構(gòu)件中的配筋往往是

26、偏大的。邊緣構(gòu)件靠的很近怎么辦？SATWE、TAT、PMSAP對兩個靠的很近的邊緣構(gòu)件將進行合并。形成一個大的邊緣構(gòu)件。,第5號墻柱,第120號墻柱,,,,,,第49號邊緣構(gòu)件是如何得到的？（1）截面表達。Lc=630，Ls=300，Lt=670L形邊緣構(gòu)件截面：對4200長的墻肢，Lc=0.15*4200=630，注意從墻邊算起。對770長的墻肢，Lc=0.15*770=115.5<300，取300。一字形邊

27、緣構(gòu)件截面：對770長的墻肢，Lc=0.2*770=154<400，取400。注意：墻長是按中軸線算起。如果設(shè)計成兩個邊緣構(gòu)件，則中只有70，所以選擇合并。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,670,300,630,,,,,,,,770,,,,4200,,（2）邊緣構(gòu)件的縱向配筋面積As=8004，它是從4259+2*1873=8005得到（有小數(shù)舍入）（3）邊緣構(gòu)件的箍筋配筋率Psv=1.59%，它

28、是從 λv*fc/fyv=0.2*16.7/210=1.59%其中： fyv——為邊緣構(gòu)件箍筋強度值對L形、T形、及帶邊框柱的邊緣構(gòu)件，當各肢、各段具有不同的抗震等級、材料強度時，SATWE、TAT、PMSAP按大值取。,約束邊緣構(gòu)件的控制與軸壓比有什么關(guān)系？抗震規(guī)范第6.4.6條，對軸壓比小的邊緣構(gòu)件，可以按構(gòu)造邊緣構(gòu)件處理；高層規(guī)程則無此規(guī)定，要求加強區(qū)都應該是約束邊緣構(gòu)件。SATWE、TAT、PMSAP在加強區(qū)均按約

29、束邊緣構(gòu)件設(shè)計。帶邊框柱的邊緣構(gòu)件如何設(shè)計？邊緣構(gòu)件截面：Ls=300，Lc=1150。邊緣構(gòu)件配筋面積：As=10110邊緣構(gòu)件箍筋配筋率：Psv=2.01%,,第9號柱,第15號墻柱,,,,,截面驗算：對3000長的墻肢，Lc=0.2*3000=600而600+850/2=1025 8812.8 ，取10110。箍筋配筋率驗算：Psv=0.2*21.1/210=2.01%,,,,,,,,,300,1150,帶