高层建筑结构设计(第五讲)12

限制剪力墙截面的平均剪应力（剪压比）
无地震作用组合时
有地震作用组合时
V 0.25 c f c bw hw
1
M 2 .5 时 剪跨比 Vh w
剪跨比
V
V
RE
1
0.2 c f c bw hw
0.15 c f cbw hw
M 2 .5 时 Vhw
（2）约束边缘构件阴影部分（图）的竖向钢筋除满足正截面受压（受拉） 承载力要求外，其配筋率一、二、三级时分别不应小于 1.4%、1.2%、1.0%， 并分别不应少于 8 16、6 16 和 6 14 的钢筋（ 表示钢筋直径） 。 特一级落地剪力墙约束边缘构件纵向钢筋最小构造配筋率应取为 1.4%， 配箍特征值 v 比一级时宜增大 20%。
短肢剪力墙（截面高厚比hw/bw=6）
RCSW-1
SRCSW-2、SRCSW-3、SRCSW-4
SRCSW-5
第二节 联肢剪力墙
一、联肢剪力墙的内力分布
由连续化方法得到的联肢剪力墙的内力计算公式： I I M i kM p i 1 k M p i Ii I Ay N i kM p i i I M p —坐标 处外荷载作用的倾覆力矩， x H ，为截面的相对坐标。
bw
（1）约束边缘构件沿墙肢的长度 l c 和箍筋配箍特征值 v 应符合下列要求。
约束边缘构件沿墙肢的长度 l c 及其配箍特征值 v 一级（6、7、8 度） 二、三级
N ≤0.3
l c （暗柱） l c （翼缘或端墙）
0.15 hw 0.10 hw 0.12
N ＞0.3
0.20 hw 0.15 hw 0.20
RE
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成暗 柱或明柱 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，采用约束边缘构件，其约束范围大，箍筋较多，对 混凝土的约束较强 当边缘的压应力较小时，采用构造边缘构件，其箍筋较少，对混凝土的约束 较差
第五讲 钢筋混凝土剪力墙结构设计
唐 兴 荣 教 授、博 士 苏州科技学院土木工程学院 二○一二年二月
内容提要
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 低矮剪力墙（高度H与截面高度hw比值1） 短肢剪力墙（截面高度hw与厚度tw比值=5～8）
设臵约束边缘构件和构造边缘构件的轴压比要求 一级（9度） 一级（8度） 二、三级 ＞0.1 ≤0.1 ＞0.2 ≤0.2 ＞0.3 ≤0.3 设臵位臵 加强部位及其上一层 非加强部位、四级抗震 等级的全高
抗震等级 设臵约束边缘构件 设臵构造边缘构件
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
弯剪破坏
剪切破坏
剪跨比
M 1～剪切破坏 Vhw
滑移破坏 实际工程中这种破坏很少见，可能位臵发生在施工缝处
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高剪力墙（
H 2 ~ 3） hw
剪跨比中等的悬臂剪力墙～中高剪力墙（
H 1 ~ 2） hw H 剪跨比很小的悬臂剪力墙～低矮剪力墙（ 1） hw
最小理想抵抗弯矩图
1.2M w 一级 设计弯矩= 1.3M w 特一级
建议设计弯矩图 等效静载弯矩图 组合弯矩图
加强部位及 其上一层
hw
1.0M w 一级 1.1Mw 特一级
理想最小承载力设计包络图 一级抗震等级设计的剪力墙各截面弯矩设计值
四、剪力墙在高轴压比下的破坏和轴压比限值 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 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。
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 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 的截面延性最好。 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 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，对弯曲延性不利，但可以提高承 载力，防止脆性破坏 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 响不大，但可提高承载力 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 影响不大
约束边缘构件 构造边缘构件
(a)
剪力墙截面端部和洞口的边缘构件
(b)
剪力墙洞口小连梁跨高比小，墙肢应力分布接近直线，端部约束构件的长度 可按全截面计算，洞口边缘处应力不大，不需设臵约束边缘构件。 开洞剪力墙洞口大连梁跨高比大，墙肢的应力分布锯齿性明显，洞口边应 力可能很大，需要设臵约束边缘构件，其长度可按一个墙肢计算
N ≤0.4
0.15 hw 0.10 hw 0.12
N ＞0.4
0.20 hw 0.15 hw 0.20
v
注：1. N 为墙肢在重力荷载代表值作用下的轴压比， hw 为墙肢的长度； 2. 剪力墙的翼墙长度小于翼墙厚度的 3 倍或端柱截面边长小于 2 倍墙厚时，按无翼墙、无端柱查表。
3. l c 为约束边缘构件沿墙肢的长度（图） 。对暗柱不应小于墙厚和 400mm 的较大值；有翼墙或端柱时，不应小 墙厚度或端柱沿墙肢方向截面高度加 300mm。
七、短肢剪力墙
一般剪力墙 墙肢截面高度hw与厚度bw之比大于8的剪力墙 短肢剪力墙 墙肢截面高度hw与厚度bw之比为5 8的剪力墙 (1997年容柏生院士首次提出 ) 异形柱 思考题: 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 墙结构时，应满足那些规定？ 柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2～4
20 16 12 8 4 0 最大弯矩
弹性
悬臂剪力墙弹塑性地震反应分析包络图示意
结论 当截面的受弯钢筋减少而屈服弯矩逐渐减小时，剪力和弯矩包络线都逐渐减小；
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
结果不同，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， 理想最小承载力包络线应图a所示。规范要求抗震等级为一级的剪力墙按图b 确定的各截面的弯矩设计值。
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， 箍筋要求降低一些
2bf
bf bw bf
箍筋
箍筋或拉筋
箍筋
箍筋或拉筋
hc 2bw
w
2bf
bc bf bw
且
2bw lc
300Βιβλιοθήκη 300lc (a) (b)
剪力墙约束边缘构件的范围及配筋要求见GB50011-2010表6.4.5-3
连梁的设计措施
交叉斜撑配筋连梁
第一节 悬臂剪力墙
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： 弯曲破坏（大偏心受压破坏、小偏心受压破坏） M 2 ，以弯曲作用为主，易实现弯曲破坏 剪跨比 Vhw
Vh w
弯剪破坏 M 2 ，很难避免出现剪切斜裂缝，按强剪弱弯设计时，可实现 剪跨比1
GB50011-2010修订主要内容： 将设置约束边缘构件的要求扩大至三级剪力墙； 约束边缘构件的尺寸及其配箍特征值，根据轴压比的大小确定。 对于底部加强区以上的一般部位，带翼缘时构造边缘构件的总长度改 为矩形端相同，即不小于墙厚和400mm；转角墙在内侧改为不小于 200mm。在加强部位与一般部位的过渡区（可大体取加强部位以上与
房屋高度不大于24m时，取底部一层。
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
(20层悬臂剪力墙（截面抗弯钢筋沿高度不变）结构在El-Centro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).
20 16 12 8 4 0 最大剪力 弹性
构造边缘构件（图示）的配筋范围和配筋数量均小于约束边缘构件.
bf
bw
200
bw
bw
400
bw
bf
且 400
400
bc
剪力墙的构造边缘构件
剪力墙构造边缘构件的配筋要求见GB50011-2010表6.4.5-2
hc
在开洞剪力墙中洞口边是否要设臵约束边缘构件，应根据应力分布规律确定。
墙肢轴压比限值
轴压比
一级(9 度) 一级(7、8 度) 二级、三级 0.4 0.5 0.6
n
N fc A
计算墙肢轴压比时，轴压力设计值N取重力荷载代表值作用下产生的轴压力 设计值 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 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臵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。
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 连梁对联肢剪力墙弹塑性性能的分析 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 约束边缘构件与构造边缘构件 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 连梁的跨高比及破坏状态
V vwVw