7.2 截面设计及构造

7.2.1

为了保证剪力墙的承载能力及变形能力,剪力墙混凝土的强度等级不宜太低。

 

7.2.2

本条第 1、2、3 款规定剪力墙最小厚度的目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。当墙平面外有与其相交的剪力墙时,可视为剪力墙的支承,有利于保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能,因而可在层高及无支长度二者中取较小值计算剪力墙的最小厚度。无支长度是指沿剪力墙长度方向没有平面外横向支承墙的长度。而两端无翼墙和端柱的一字形剪力墙,只能按层高计算墙厚,最小厚度也要加大。如果无法满足本条

1、2、3 的厚度要求,可按本规程附录D作墙体稳定计算。

一般剪力墙井筒内分隔空间的墙数量多而长度不大,两端嵌固好,为了减轻结构自重,第5款规定其墙厚可减小。

第 6 款给出的限制条件,目的是规定剪力墙截面尺寸的最小值,或者说限制了剪力墙截面的最大名义剪应力值。剪力墙的名义剪应力值过高,会在早期出现斜裂缝,抗剪钢筋不能充分发挥作用,即使配置很多抗剪钢筋,也会过早剪切破坏。

 

7.2.3

高层建筑的剪力墙厚度大,为防止混凝土表面出现收缩裂缝,同时使剪力墙具有一定的出平面抗弯能力,高层建筑的剪力墙不允许单排配筋。当剪力墙厚度超过400mm时,如仅采用双排配筋,形成中间大面积的素混凝土,会使剪力墙截面应力分布不均匀,因此本条提出了可采用三排或四排配筋方案,所需的设计配筋可均匀分布在各排中,或靠墙面的配筋略大。

 

7.2.4

一般情况下主要验算剪力墙平面内的承载力,当平面外有较大弯矩时,也应验算平面外的抗弯承载力。

 

7.2.5

在剪力墙结构中截面高厚比不大于5的独立墙肢,往往是薄弱部位,一、二、三级抗震等级均应控制墙肢轴压比。剪力墙截面的高厚比小于3时,其受力性能与柱类似,构造措施从严。

 

7.2.6

一级抗震等级的剪力墙,应按照设计意图控制塑性铰出现部位,在其他部位则应保证不出现塑性铰,因此对一级抗震等级的剪力墙的设计弯矩包线作了近似的规定。

 

7.2.7

如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉,该墙肢可能会出现水平通缝而失去抗剪能力,则由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足。当墙肢出现大偏心受拉时,墙肢易出现裂缝,使其刚度降低,剪力将在墙肢中重分配,此时,可将另一墙肢按弹性计算的剪力设计值增大(乘以 1.25 系数),以提高其抗剪承载力。

 

7.2.8~7.2.9

钢筋混凝土剪力墙正截面受弯计算公式是依据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中偏心受压和偏心受拉构件的假定及有关规定,又根据中国建筑科学研究院结构所等单位所做的剪力墙试验进行了简化。试验研究表明,在墙体发生破坏时,剪力墙腹板中受压区的分布钢筋应力仍然很小,因此在计算时忽略受压区分布筋作用。

按照平截面假定,不考虑受拉混凝土的作用,受压区混凝土按矩形应力图块计算。大偏压时受拉区分布钢筋应力及受拉、受压端部钢筋都达到屈服,在 1.5 倍受压区范围之外,假定受拉区分布钢筋全部屈服;小偏压时端部受压钢筋屈服,而受拉分布钢筋及端部钢筋均未屈服。

条文中分别给出了工字形截面的两个基本平衡公式 (ΣN = 0,ΣM = 0) ,由此可得到各种情况下的设计计算公式。偏心受拉正截面计算公式直接采用了现行国家标准《混凝土结构设计规范》 GB 50010 的有关公式。

 

7.2.10

抗震设计时,为体现强剪弱弯的原则,剪力墙底部加强部位的剪力设计值要乘以增大系数,按一、二、三、四级的不同要求,增大系数不同。9度抗震设计时,剪力墙底部加强部位要求用实际配筋计算的抗弯承载力计算其剪力增大系数。

 

7.2.11~7.2.12

在剪力墙设计时,通过构造措施防止发生剪拉破坏和斜压破坏,通过计算确定墙中水平钢筋,防止发生剪切破坏。

偏压构件中,轴压力有利于抗剪承载力,但压力增大到一定程度后,对抗剪的有利作用减小,因此对轴力的取值加以限制。
偏拉构件中,考虑了轴向拉力的不利影响。

 

7.2.13

按一级抗震等级设计的剪力墙,要防止水平施工缝处发生滑移。考虑了摩擦力的有利影响后,要验算通过水平施工缝的竖向钢筋是否足以抵抗水平剪力,已配置的端部和分布竖向钢筋不够时,可设置附加插筋,附加插筋在上、下层剪力墙中都要有足够的锚固长度。

 

7.2.14~7.2.15

由于高层建筑的高度不断增高,钢筋混凝土剪力墙的高度也逐渐加大,其轴压应力也随之加大。清华大学结构工程研究所及国内外其他研究单位所做试验表明,当偏心受压剪力墙轴力较大时,压区高度增大,与钢筋混凝土柱相同,其延性下降。研究表明,剪力墙的边缘构件(暗柱、明柱、翼柱)有横向钢筋约束,可改善混凝土受压性能,增大延性;以前对于剪力墙边缘构件的规定过于笼统,以致在某些情况下不够安全,在另外一些情况下又过于保守。为了保证在地震作用下的钢筋混凝土剪力墙具有足够的延性,本规程增加了有关剪力墙轴压比的规定。

首先,第 7.2.14 条对一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位(一般为塑性铰区)的最大轴压比作了限制。因为要简化设计计算,规程采用了重力荷载代表值作用下的轴力设计值(不考虑地震作用组合),即考虑重力荷载分项系数后的最大轴力设计值,计算剪力墙的名义轴压比。

应当说明的是,截面受压区高度不仅与轴压力有关,而且与截面形状有关,在相同的轴压力作用下,带翼缘的剪力墙受压区高度较小,延性相对要好些,矩形截面最为不利。但为了简化设计规定,条文中未区分工形、 T 形及矩形截面,在设计时,对矩形截面剪力墙墙肢(或墙段)应从严掌握其轴压比。

当一、二级抗震等级底部加强部位轴压比小于限值(表 7.2.14) 时,需要设置约束边缘构件,其长度及箍筋配置量都需要进行计算,并从加强部位顶部向上延伸一层。其他情况都可按构造要求设置剪力墙构造边缘构件,包括一、二级抗震等级的其他部位和三、四级抗震等级的全部以及非抗震设计剪力墙的全部。

 

7.2.16

对剪力墙设置的约束边缘构件提出了要求,主要措施是加大边缘构件的长度ιc及其体积配箍率ρv,体积配箍率ρv由配箍特征值λv计算,ρv的计算范围及边缘构件中的纵向钢筋配置范围即图7.2.16中的阴影部分。

当墙肢轴压比达到或接近本规程表7.2.14的限值时,约束边缘构件的配箍特征值λv按本规程表 7.2.16 采用;当墙肢轴压比较小时,约束边缘构件的配箍特征值λv可适当降低。

对于十字形剪力墙,可按两片墙分别在端部设置边缘约束构件,交叉部位只要按构造要求配置暗柱。

约束边缘构件中的纵向钢筋宜采用 HRB335 或HRB400 钢筋。

 

7.2.17

剪力墙构造边缘构件按构造要求设置。第 3、4、5 款分别规定了抗震设计剪力墙与非抗震设计剪力墙的构造要求。设计时需注意计算边缘构件竖向最小配筋所用的面积Ac的取法和配筋范围。构造边缘构件中的纵向钢筋宜采用HRB335或HRB400钢筋。

抗震设计时,对于复杂高层建筑结构、混合结构、框架-剪力墙结构、简体结构以及B级高度的剪力墙结构中的剪力墙(筒体),因为剪力墙(筒体)比较重要或者房屋高度较高,所以其构造边缘构件的最小配筋比一般剪力墙结构中的剪力墙适当加强,宜采用箍筋或箍筋与拉筋相结合,不宜全部采用拉筋。

 

7.2.18

为了防止混凝土墙体在受弯裂缝出现后立即达到极限抗弯承载力,配置的竖向分布钢筋必须大于或等于最小配筋百分率。同时为了防止斜裂缝出现后发生脆性的剪拉破坏,规定了水平分布钢筋的最小配筋百分率。本条所说的”r;一般剪力墙”不包括部分框支剪力墙底部加强部位,后者比全部落地剪力墙更为重要,其分布钢筋最小配筋率应符合本规程第10章的有关规定。

 

7.2.20

房屋顶层墙、长矩形平面房屋的楼电梯间墙、山墙和纵墙的端开间等是温度应力可能较大的部位,应当适当增大其分布钢筋配筋量,以抵抗温度应力的不利影响。

 

7.2.21

钢筋的锚固与连接要求有所不同。本条主要依据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定制定。

 

7.2.22~7.2.24

连梁应与剪力墙取相同的抗震等级。连梁是对剪力墙结构抗震性能影响较大的构件,根据清华大学及国内外的有关试验研究得到:连梁截面内平均剪应力大小对连梁破坏性能影响较大,尤其在小跨高比条件下,如果平均剪应力过大,在箍筋充分发挥作用之前,连梁就会发生剪切破坏。因此本规程对小跨高比连梁在截面平均剪应力及斜截面受剪承载力验算上规定更加严格。为了实现连梁的强剪弱弯、推迟剪切破坏、提高延性,7.2.22 给出了连梁剪力设计值的增大系数, 9 度抗震设计时要求用连梁实际抗弯配筋反算该增大系数。

 

7.2.25

剪力墙连梁对剪切变形十分敏感,其名义剪应力限制比较严,在很多情况下计算时经常出现超筋情况,本条给出了一些处理方法。此处特别对第 2 款提出的塑性调幅再作一些说明:连梁塑性调幅可采用两种方法,一是按照本规程 5.2.1 条的方法,在内力计算前就将连梁刚度进行折减;二是在内力计算之后,将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。无论用什么方法,连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值,也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值,其目的是避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。因此建议一般情况下,可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩(完全弹性)的 0.8 倍(6~7 度)和 0.5 倍 (8~9 度)。

当第1、2款的措施不能解决问题时,允许采用第3款的方法处理,即假定连梁在大震下破坏,不再能约束墙肢。因此可考虑连梁不参与工作,而按独立墙肢进行第二次结构内力分析,这时就是剪力墙的第二道防线,这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大,以保证墙肢的安全。

 

7.2.26

一般连梁的跨高比都较小,容易出现剪切斜裂缝,为防止斜裂缝出现后的脆性破坏,除了减小其名义剪应力,并加大其箍筋配置外,本条规定了在构造上的一些特殊要求,例如钢筋锚固、箍筋加密区范围、腰筋配置等。

 

7.2.27

当开洞较小,在整体计算中不考虑其影响时,应将切断的分布钢筋集中在洞口边缘补足,以保证剪力墙截面的承载力。连梁是剪力墙中的薄弱部位,应重视连梁中开洞后的截面抗剪验算和加强措施。