剪力墙截面设计汇总.doc

1、剪力墙配筋设计剪力墙主要传递以下结构内力：水平荷载产生的剪力以及剪力引起的平面内弯矩、竖向荷载引起的压力，这些内力可以通过结构计算求得。非结构内力主要包括温度应力和平面外弯矩，这部分内力很难定量计算，结构设计中一般用构造措施来解决。水平剪力由水平分布筋承担，平面内弯矩由竖向分布筋及墙端纵筋承担，竖向压力由墙身砼承担。与框架柱纵筋可以承担压力不同，剪力墙竖向分布筋较细，受压时容易压屈，因此不承担竖向压力，也不承担弯矩中的压力，但可以承担弯矩中的拉力。为便于理解剪力墙中各种钢筋的作用，图九给出剪力墙的钢筋布置方式及承担的内力，作为对比，图中还提供了砼悬臂梁的内力图。从图九中可以发现，砼构件中的箍筋通常扮演两种角色：抗剪和约束。梁中箍筋用于抗剪，柱箍筋用于抗剪和约束，剪力墙中箍筋用于约束，抗剪则由水平筋代替。图九剪力墙钢筋布置及承担的内力剪力墙计算配筋包括墙身的分布筋和墙身端部的纵筋，下面介绍如何根据SATWE计算结果对剪力墙进行配筋设计。（一） 剪力墙分布筋。剪力墙分布筋计算主要包括两个方面：一是根据平面内弯矩确定竖向分布筋，二是根据水平剪力确定水平分布筋。为了简化计算，实际设计中通常按照一定的配筋率确定墙身竖向分布筋，SATWE计算平面内弯矩时，会先扣除这部分竖向筋承担的弯矩，再计算出墙身端部纵筋，因此在SATWE计算前首先要指定竖向分布筋配筋率。剪力墙分布筋中真正需要计算确定的只有水平分布筋。计算梁箍筋时，通常是先指定箍筋间距，再根据剪力计算出箍筋面积，最后根据箍筋面积确定箍筋直径。计算剪力墙水平分布筋时，也是先指水平分布筋间距，再根据剪力计算出分布筋直径。SATWE数据前处理中可指定水平分布筋间距及竖向分布筋配筋率，如图十。图十SATWE配筋参数墙身分布筋配筋率计算公式为 =Asv/b*s其中Asv为墙身分布筋的面积总和，如分两排布置，则为两排之和，b为墙厚，s为分布筋间距。比如墙厚250，竖向分布筋配两排，每排d10200，则箍筋总面积Asv=78.5x2=150，b=250，s=200，故=150/250x200=0.003=0.3%。图十一SATWE配筋简图SATWE根据某段剪力墙分配到的剪力计算出需要配置的水平分布筋面积，并将结果标注在该段墙体的正中下方，单位为 cm2，如图十一中X方向剪力墙标注的数字“H 1.6”表示该段剪力墙需要配置的水平分布筋面积为 1.6 cm2，即 160mm2。如果分两排布置，那么每排钢筋面积为 160/2=80 mm2。已知d10的钢筋面积为 78.5mm2，d8和 d12的钢筋面积分别为 50 mm2和113 mm2，二者的平均值为 (50+113)/2=81.5 mm2，因此水平分布筋可采用d8和 d12间隔布置。若按图六，SATWE指定的剪力墙水平分布筋间距为200，那么水平分布筋可配 d12/8200，满足计算要求，也可配d10200，略小于计算结果。构造上，剪力墙分布筋直径不应小于 d8，间距不宜大于300，且应符合以下规定：对剪力墙结构：竖向分布筋直径尚不宜小于d10，且一、二、三级剪力墙分布筋配筋率不应小于0.25%，四级剪力墙分布筋配筋率不小于0.20%或0.15%（高度小于24m且剪压比很小的四级剪力墙）。对框剪结构：分布筋直径均不宜小于 d10，分布筋配筋率均不应小于0.25%。框支结构：落地剪力墙底部加强部位，分布筋配筋率不应小于0.3%。规定最小竖向分布筋配筋率是为了防止墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力，规定最小水平分布筋配筋率是为了墙体出现斜裂缝后发生脆性的剪拉破坏。（二）剪力墙边缘构件纵筋。水平力作用下，剪力墙如同一根嵌固于基础上的悬臂梁受力。剪力墙受到的弯矩主要由端部纵筋承担，一小部分由竖向分布筋承担。SATWE根据某段剪力墙受到的平面内弯矩及已配置的竖向分布筋计算出墙端需要配置的纵筋量，并将结果标注在该段墙体的正中上方，单位为 cm2，如图十一中X方向剪力墙标注的数字“12”表示该段剪力墙的两端（即边缘构件）均需要配置纵筋面积为 12 cm2，即 1200mm2。对边缘构件进行配筋设计，要掌握以下几个方面内容。1. 剪力墙墙段的定义。SATWE根据洞口对剪力墙进行分段计算，两个洞口之间或洞口至剪力墙端部为一段剪力墙。图十一中共有 6段剪力墙，其中X方向有 4段，边缘构件计算配筋分别为37 cm2 、27 cm2、12 cm2和15 cm2，Y方向有 2段，边缘构件计算配筋分别为59 cm2和31 cm2。2. 边缘构件范围的定义。边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件，其范围的定义详抗规6.4.5条或高规7.2.16、7.2.17条及砼规范11.7.15、11.7.16条，或详图十二、图十三。根据规范对边缘构件范围的定义，对较短的剪力墙，如图十一中X方向配筋为 15 cm2的墙体，实际已成为Y方向剪力墙边缘构件的一部分。图十二构造边缘构件（图中阴影区域） 注：图中转角墙尺寸200为新抗规要求，08规范为300。对翼墙柱，08规范尚要求出翼墙300。图十三约束边缘构件（墙休水平分布筋未画出）注：按高规7.1.2条的注解，一般剪力墙是指长宽比大于8的剪力墙，因此图中剪力墙增加了墙长大于墙厚8倍的规定。对d）转角墙，如不限定hf>8bf，则形成（单侧）翼墙。图十三中约束边缘构件的长度Lc按表八确定，新的抗规Lc与剪力墙轴压比有关。表八约束边缘构件的最小长度Lc一级（9度）一级（7、8度）二、三级0.2>0.20.3>0.30.4>0.4Lc（暗柱）0.20hw0.25hw0.15hw0.20hw0.15hw0.20hwLc（其他）0.15hw0.20hw0.10hw0.15hw0.10hw0.15hw说明：（1）表中“其他”是指暗柱以外的边缘构件，包括转角墙柱、翼墙柱、端柱。砼规范列入转角柱，抗规及高规未列入。从翼墙对剪力墙约束的角度来理解，转角墙显然可以起到类似的作用。翼墙对剪力墙的作用，类似楼板对梁的作用。（2） 是剪力墙轴压比。（3） Lc应不小于墙厚及400。对翼墙柱、端柱，尚且分别不应小于翼墙厚度加300、端柱边长加300，详图十三中青色数字部分。（4） 图九b）中翼墙柱，当翼墙长度hf<3bf时，按暗柱一栏查表。图九c）中端柱，当任一边长bc或hc <2bw时，按暗柱一栏查表。翼墙或端柱尺寸过小时，说明刚度太小，无法对剪力墙端部形成有效约束，因此按无翼墙或无端柱查表。3. 边缘暗柱（AZ）。边缘暗柱纵筋取值比较简单，直接按计算结果配置即可，但要注意当计算结果较大时，SATWE会提示超筋。出现这种情况是由于SATWE默认边缘暗柱的阴影区长度取规范的最小值并按5%控制配筋率。实际长度可以大于规范取值，避免超筋现象。4. 转角墙柱（JZ）。转角墙柱是两个方向剪力墙端部相交的部分，需要抵抗两个方向剪力墙的弯矩，其纵筋取两个方向计算值的较大者，配筋过大可按satwe提供的组合构件减小配筋。图十四转角墙柱纵筋面积为16x3806080mm2，满足图十一计算值57cm2的要求。图十四转角墙柱（JZ）5. 翼墙柱（YZ）。翼墙柱是一个方向剪力墙端部与另一方向剪力墙中部相交的部分，受弯构件中性轴处的正应力几乎为零，因此翼墙柱只需要抵抗一个方向剪力墙的弯矩，其纵筋取腹板方向剪力墙的计算值。图十五翼墙柱纵筋面积为12x1131356mm2，满足图十一计算值12cm2的要求。图十五翼墙柱（YZ）6. 边缘端柱（DZ）。首先端柱要满足按框架柱计算的纵筋，同时整个边缘构件要满足按剪力墙计算的端部纵筋。图十一中框柱部分的纵筋计算结果为X侧面积42 cm2和Y侧面积58 cm2。图十六边缘构件的框架柱部分X、Y两侧分别配筋 6D32和 8D32，满足框架柱计算要求。此边缘构件的纵筋总面积为192 cm2，满足剪力墙计算结果 59 cm2的要求。图十六边缘端柱（DZ）7. 约束边缘构件和构造边缘构件。剪力墙轴压比较大时，为提高其延性，需要将边缘构件的范围加大，配筋加强，其箍筋要根据轴压比计算确定，这种边缘构件称为约束边缘构件。剪力墙轴压比较小时，可采用构造边缘构件，箍筋按构造设置。对于四级剪力墙，以及墙肢底部轴压比不超过表九的一、二、三级普通剪力墙（相对框支结构剪力墙而言），墙端可设置构造边缘构件。框支结构的剪力墙以及墙肢底部轴压比大于下表的一、二、三级普通剪力墙，应在底部加强部位及相邻上一层设置约束边缘构件。表九剪力墙设置构造边缘构件的最大轴压比抗震等级一级（9度）一级（7、8度）二、三级轴压比0.10.20.38. 最小配筋率及构造要求如同受弯梁的纵筋要求最小配筋率一样，剪力墙端部纵筋也有最小钢筋用量要求，如表十。表十边缘构件纵筋最小配筋抗震等级底部加强部位其他部位约束边缘构件构造边缘构件一0.012Ac，8d160.010Ac，6d160.008Ac（0.010Ac），6d14二0.010Ac，6d160.008Ac，6d140.006Ac（0.008Ac），6d12三0.010Ac，6d140.006Ac，6d120.005Ac，4d12四不要求0.005Ac，4d120.004Ac（0.005Ac），4d12注：（1）Ac为图十二、图十三中阴影区域面积。 （2）括号内数值用于较重要的高层建筑剪力墙，包括复杂高层建筑、混合结构、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙，详高规7.2.174条。 （3）按砼规范11.7.16条，表中数值仅控制钢筋面积，不控制钢筋直径。如0.010Ac，6d16表示钢筋面积取0.010Ac和6根直径为16mm的钢筋中的较大值，这与一般受弯构件只控制钢筋总量类似。实际设计中一般要求纵筋不小于墙体竖向分布筋直径，且不小于d12。由于对规范理解的不同，审图单位可能认为要同时控制钢筋总量和钢筋直径，如天津于家堡项目，一级剪力墙即要求钢筋直径不小于16。关于边缘构件纵筋间距：规范对边缘构件中纵筋之间的距离没有明确规定，一般取不小于竖向分布筋的间距。以下讨论按高规箍筋无支长度的要求确定纵筋间距。按高规7.2.173条，箍筋的无支长度不应大于300。所谓箍筋的无支长度是指箍筋的两个支撑点之间的距离，有拉筋拉结的纵筋可作为支撑点。根据抗规表6.4.52注解2条，纵筋可以逐根用拉筋拉结，也可隔一根拉结一根。通常竖向分布筋间距为200或150，如果以200间距布置纵筋，隔一拉一，箍筋无支长度为400，如果每根纵筋都设拉筋，则无支长度为200，满足规范要求。如果以150的间距布置纵筋，隔一拉一，则无支长度为300，也可满足规范要求。详图十七。图十七箍筋的无支长度（三） 边缘构件箍筋。弯矩作用下，剪力墙两端处于一端受拉另一端受压的受力状态。对于抗震剪力墙，为改善端部砼的受压性能，提高剪力墙延性，剪力墙的边缘构件要配置箍筋，以约束端部砼。多层建筑的构造边缘构件不要求体积配箍率，只需满足箍筋最小直径、最大间距。高层建筑中较重要的剪力墙（包括复杂高层建筑、混合结构、框剪结构、筒体结构以及B级高度剪力墙结构中的剪力墙）要求体积配箍率，且配箍特征值统一取0.1，其它剪力墙的构造边缘构件不要求体积配箍率。与框架柱类似，约束边缘构件的箍筋配置要满足一定的配筋率，且配箍特征值与剪力墙轴压比有关，约束边缘构件的配箍特征值v列于表十一。边缘构件的箍筋只是一种构造措施，并非结构内力计算结果，因此SATWE计算结果中并没有边缘构件箍筋一项。边缘构件箍筋必须根据规范手工计算或用其它工具软件如TSSD自动求得。表十一约束边缘构件的配箍特征值v轴压比一级（9度）一级（7、8度）二、三级0.2>0.20.3>0.30.4>0.4v0.120.20.120.20.120.2边缘构件体积配箍率v=v*fc /fyv，采用三级钢时，不同等级砼的约束边缘构件体积配箍率v列于下表十二。表十二约束边缘构件最小体积配箍率v砼等级C25C30C35C40v0.120.200.120.200.120.200.120.20v0.400.670.470.800.550.940.631.07例题：求图十八边缘构件的体积配箍率，纵筋保护层厚度为25，箍筋配 d8150。图十八边缘构件配筋按砼规范式7.8.32：Acor（500-2x25）x（200-2x25）+（200-2x25）x300112500L（500-2x25）x4+（200-2x25）x6=2700Asv*L50x2700=135000v=Asv*L/Acor*s=135000/112500x150=0.8%若按08规范扣除重叠部分箍筋体积，则v50x（2700-2x150）/112500x150=0.71%注意计算边缘构件的箍筋时，并没有涉及到剪力墙受到的剪力，原因是边缘构件的箍筋只是起约束墙身端部砼的作用，剪力墙受到的剪力由其水平分布筋承担。水平分布筋和箍筋二者在墙体发挥的作用不同，边缘构件的箍筋直径可以小于水平分布筋。 为便于设计，表十三给出了常用边缘构件在不同配筋情况下配筋率的范围。该表可以和表十及表十二结合使用，初步确定边缘构件的钢筋规格。表十三常用边缘构件配筋率纵筋配筋率（%）箍筋配箍率（%）1225012200142006150610081508100160厚0.651.10.81.10.440.520.660.780.780.921.171.38180厚0.61.00.71.00.40.50.60.750.710.881.061.33200厚0.50.90.60.91.01.80.620.80.931.2纵筋配筋率箍筋配箍率1215012200142001415081001015010100220厚0.71.00.550.80.741.080.951.350.851.030.891.081.341.62250厚0.60.90.50.70.680.950.811.220.780.960.821.01.231.50300厚0.450.750.40.60.540.810.611.010.690.840.720.881.081.32注：（1）该表为大同凯德世家B、C组团4楼的统计结果，可供类似工程参考。（2）纵筋配筋率离散度较大，原因是较近的边缘构件合并后，配筋率显著变小。（3）箍筋配箍率为按纵筋间距200的统计结果，且扣除箍筋重叠部分。考虑箍筋重叠部分对较小的边缘构件影响很小，对较大的边缘构件影响较大，约增大1030%。16