第五讲二剪力墙结构的构件设计与构造

第五讲（二）剪力墙结构的构件设计与构造本章内容：前言—剪力墙结构内力与设计特点一、剪力墙结构的布置和一般规定二、墙肢正截面受弯承载力计算三、墙肢斜截面抗剪承载力计算四、悬臂剪力墙（整体墙）设计和构造1、破坏形态和设计要求2、剪力墙截面配筋构造3、抗震延性整体悬臂剪力墙（无开口墙）的设计和构造五、开洞剪力墙设计和构造1、连梁截面设计和构造2、延性联肢墙设计前言—剪力墙结构内力与设计特点1、从空间体系到平面体系——只考虑平面内的受力，面外强度和刚度忽略不计。

2、剪力墙构件分类（整体墙和连肢墙）（1）整体墙受力特点：在水平荷载和竖向荷载组合作用下，独立墙肢任意高度处内力有弯矩M、轴力N和剪力V。

应分别进行偏心受压、偏心受拉和抗剪承载力计算。

（2内力特点：由洞口将剪力墙分为竖向墙肢构件和水平连梁构件两部分。

如下图所示。

其中，竖向墙肢构件作用有弯矩M、轴力N和剪力V，应分别进行偏心受压、偏心受拉和抗剪承载力计算。

水平连梁构件作用有弯矩M和剪力V，抗弯和抗剪承载力计算。

3、延性剪力墙设计可与框架结构延性抗震设计思路相对应：（1）强柱弱梁——强墙弱梁（2）强剪弱弯——墙肢的强剪弱弯与连梁的强剪弱弯（3）局部加强——剪力墙的加强区独肢墙连肢墙（4）限制柱轴压比——墙肢的轴压比4、竖向墙肢端部的加强——构造边缘构件与约束边缘构件竖向墙肢中除应配置纵向分布钢筋与水平分布钢筋外，还应对墙肢的两端进行加强配筋。

墙肢端部应根据不同情况设置边缘构件，分别是构造边缘构件与约束边缘构件一般墙肢构造边缘构件特殊墙肢钢筋混凝土剪力墙的设计要求是：在正常使用荷载及风载、小震作用下，结构应处于弹性工作阶段，裂缝宽度不能过大；在中等强度地震作用下(设防烈度)，允许进入弹塑性状态，必须保证在非弹性变形的反复作用下，有足够的承载力、延性及良好吸收地层能量的能力；在强烈地震作用(罕遇烈度)下，剪力墙不允许倒塌，要保证剪力墙仍能站住。

按照墙的几何形状及有无洞口，剪力墙可分为上图所示的各种类型。

它们的破坏形态和配筋构造既有共性，又各有特殊性。

剪力墙通常可分为墙肢及连梁两类构件。

下面先介绍剪力墙结构的布置和一般规定，墙肢截面配筋计算，然后分别介绍各类剪力墙的设计和构造要求，特别是抗震设计和构造要求。

连梁设计和构造将在开洞剪力墙中介绍。

一、剪力墙结构的布置和一般规定剪力墙结构的布置和一般规定如下：(1)高层剪力墙结构，墙体应沿主轴方向或其他方向双向布置，形成对承受竖向荷载有利、抗侧力刚度大的平面和竖向布局。

在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式。

剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。

剪力墙间距不宜太密，宜采用大开间布置。

剪力墙宜自下而上连续布置，避免刚度突变。

(2)一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为4—8的剪力墙。

高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

当短肢剪力墙较多时，应布置简体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合下列规定：1)其最大适用高度应比一般剪力墙结构的规定值适当降低，且7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）时抗震设计时分别不应大于100m、80m和60m。

2)抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第—振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％。

3) 短肢剪力墙截面厚度底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于180mm。

4)抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.4、0.5和0.55；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。

5)抗震设计时，除底部加强部位应调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二、三级抗震等级应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1。

6)抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2％，三、四级不宜小于1.0%。

其他部位一、二级不宜小于1.0％，三、四级不宜小于0.8%。

7)不宜采用一字形短肢剪力墙，不宜在一字形短肢剪力墙8)7度和8度抗震设计时。

短肢剪力墙宜设置翼缘，一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。

9)B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

(3)较长的剪力墙可用跨高比不小于5的弱连梁分成较为均匀的若干个独立墙段（见下图），每个独立墙段可为整体墙或联肢墙，每个独立墙段的总高度和墙段长度之比不宜小于3，避免剪切破坏，提高变形能力。

每个墙段具有若干墙肢，每个墙肢的长度不宜大于8m。

当墙肢长度超过8m时，应采用施工时墙上留洞，完工时砌填充墙的结构洞方法，把长墙肢分成短墙肢（见下图）。

（4）应控制剪力墙平面外的弯矩。

当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应至少采取以下措施中的一个措施，减小梁端部弯距对墙的不利影响。

1）沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩。

2)当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱，其截面宽度不小于梁宽；扶壁柱宜按计算确定截面及配筋。

3)当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置暗柱，暗柱的截面宽度可取梁宽加2倍墙厚。

4)必要时，剪力墙内可设置型钢。

5)将梁端设计成铰接或做成变截面梁(梁端截面减小)，以减少梁在竖向荷载下的端弯矩对墙平面外弯曲的不利影响。

6)梁与墙连接时，梁内钢筋应锚人墙内，并有足够的锚固长度。

暗柱、扶壁柱纵向钢筋的构造最小配筋率（5）剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁，按本章有关规定进行设计；当跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计。

不宜将楼板主梁支承在剪力墙之间的连梁。

(6)剪力墙结构的剪力墙沿竖向宜连续分布，上到顶下到底，中间楼层不宜中断。

墙厚度沿竖向应逐渐减薄，截面厚度变化时不宜太大。

厚度改变与混凝上强度等级的改变宜错开楼层，避免结构刚度突变。

当设防烈度为8度或小于8度的剪力墙结构，顶层需减少部分剪力墙时，该层刚度不应小于相邻下层刚度的70％，楼、顶板按转换层处理。

当底部需要大空间而部分剪力墙不落到底时，应设置转换层，按框支剪力墙结构设计。

（7）高层剪力墙结构，应尽量减轻建筑物重量，宜采用大开间结构方案，在保证结构安全的条件下尽量减小构件截面尺寸，采用轻质高强材料。

剪力墙的混凝土强度等级不应低于C20。

非承重隔墙宜采用轻质材料。

短肢剪力墙—简体结构的混凝土强度等级不应低于C25。

（8）剪力墙的厚度及尺寸应满足以下要求：1）按一、二级抗震等级设计的剪力墙，当两端有翼缘或端柱时，厚度不应小于层高的1/20，且不应小于160mm；底部加强区截面厚度不应小于层高或剪力墙无支长度的1／1 6，且不应小于200mm。

当无端柱或翼墙一字形剪力墙时，厚度不应小于层高的1/15，且不应小于220mm。

无端柱或翼墙的底部加强区截面厚度不宜小于层高的1/12。

2)按三、四级抗震等级和非抗震设计的剪力墙，厚度不应小于楼层高度的l/25，且不应小于160mm。

其底部加强区厚度不宜小于层高或剪力墙无支长度的1/20．且不宜小于160mm。

3)当墙厚不能满足上述1）、2）款时，可按下列要求验算：①剪力墙墙肢应满足下式的稳定要求：②剪力墙墙肢计算长度应按下式采用：式中：β为墙肢计算长度系数，h为墙肢所在楼层的层高。

③墙肢计算长度系数β应根据墙肢的支承条件按下列公式计算：4）剪力墙井筒中，分隔电梯井或管道井的墙厚度可适当减小，但不应小于160mm。

（9）为减少上下剪力墙的偏心，内墙厚度变化宜两侧同时内收。

为保持外墙面而平整，楼梯间墙为上下完整，电梯井墙为安装电梯方便，可以一侧内收。

(10)剪力墙的门窗洞口宜对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁。

洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。

抗震设计时，一、二、三级抗震等级的剪力墙底部加强部位不应采用错洞墙，一、二、三级抗震等级的剪力墙底部加强部位均不宜采用叠合错洞墙。

当必须错洞时，洞口错开距离不宜小于2m，并应设置暗框架（见下图)。

底层局部有错洞墙时，应在一、二层形成暗框架，将底层墙的暗柱伸入二层。

二层的洞口下边设暗梁。

（11）高层剪力墙结构，当采用预制圆孔板、预制大楼板等预制装配式楼板时，剪力墙厚度不宜小于160mm。

预制板板缝宽度不宜小于40mm，板缝大于60mm时应在板缝内配置钢筋。

有抗震设防时，高度大于50m的剪力墙结构中，宜采用现浇楼板或装配整体式叠合楼板。

（12）高层剪力墙结构在平面中，门窗洞口距墙边距离一般要求宜按下图所示。

应避免三个以上洞集中于同一十字交叉墙附近。

(13)高层剪力墙结构的女儿墙宜采用现浇。

当采用预制女儿墙板时，高度一般不宜大于 1.5m，且拼接板缝应设置现浇钢筋混凝土小柱。

屋顶局部突出的电梯机房、楼梯间、水箱间等小房墙体，应采用现浇钢筋混凝土，且尽量使下部剪力墙延伸，不得采用砖砌体结构。

（11）高层剪力墙结构，当在顶层设置大房间而将部分剪力墙去掉时，大房间应尽量设在结构单元的中间部位。

楼板和屋顶板宜采用现浇或其他整体性好的楼板，板厚不宜小于180mm，配筋按转换层要求。

当设屋顶梁时，为保证剪力墙有足够的承压承载力，可将梁做成宽梁。

二、墙肢正截面受弯承载力计算剪力墙属于偏心受压或偏心受拉构件。

它的特点是：截向呈片状（截面高度w h 远大于截面厚度w b ）；墙板内配有均匀的竖向分布钢筋。

通过试验可见，这些分布钢筋都能参加受力，对抵抗弯矩有一定作用，计算中应加以考虑。

但是，由于竖向分布钢筋都比较细(多数在ф12以下)，容易产生压屈现象，所以计算时忽略受压区分布钢筋作用，使设计偏于安全。

和柱一样，墙肢也可根据破环形态不同分为大偏心受压、小偏心受压、大偏心受拉和小偏心受拉等四种情况。

根据平截面假定及极限状态下截面应力分布假定，并进行简化后得到截面计算公式。

1、大偏心受压承载力计算公式（b ξξ≤）根据平截面假定，当b ξξ≤时，构件为大偏心受压，平衡配筋的受压区高度为：大偏心受压时，极限状态下截面应变状态如下图所示。

受拉钢筋应力y s f =σ，分布钢筋达到屈服应力yu f ，下图所示为端部钢筋受压区混凝土及经过简化处理的分布钢筋应力分布。

除了未考虑受压区的分布筋外，在中和轴附近的分布钢筋应力较小，也不计入，因此，只计算x h wo 5.1-范围内的分布筋，并认为它们都达到了屈服应力。

根据平衡条件，可写出∑=0N 和∑=0M 两个方程式。

在矩形截面中，对混凝土受压区中心取矩可得：对下式进行变形、整理得：设计时要求：即：其中：2、小偏心受压承载力计算（b ξξ≤）在小偏心受压时，截面全部受压或大部分受压，受拉部分的钢筋未达到屈服应力。