论剪力墙的力学原理.docx
《论剪力墙的力学原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论剪力墙的力学原理.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
论剪力墙的力学原理
论剪力墙的力学原理
摘要：
剪力墙是房屋或构筑物中要紧承担风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。
它的内容包含剪力墙的概念和结构效能；剪力墙结构体系的类型、特点和适用范畴；
剪力墙的分类；剪力墙的布置原则；剪力墙的要紧构造要求；剪力墙所适应的最大高度和高宽比；
关键词：
剪力墙、成效、图像、适用范畴、比值
剪力墙（shearwall）：
房屋或构筑物中要紧承担风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。
防止结构剪切破坏。
又称抗风墙或抗震墙、结构墙。
分平面剪力墙和筒体剪力墙。
平面剪力墙用于钢筋混泥土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。
为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。
现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。
筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙高可承担较大的水平荷载。
是一种典型的竖向构件。
剪力墙如下所示：
图剪力墙
剪力墙的概念和结构效能
剪力墙，即为刚度较大的，一样是钢筋混凝土的墙片。
此墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。
由于深梁的抗弯惯性矩大，其抗侧刚度比框架柱大大提高，抗剪强度也大得多。
这种墙可为整个房屋提供专门大的抗剪强度和刚度，因此一样称这种墙片为“抗剪墙“或“剪力墙”。
当房屋层数更多或高宽比更大时，骨架式框架结构的梁、柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。
因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小、水平位移大”的柔性特点，框架对水平荷载的动力反应专门敏锐，故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。
因此，当房屋向更高层进展时，解决问题的正确途径，应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗侧力刚度的有效措施，确实是在房屋中设置一些墙片。
层数专门多的框架，意味着房屋的高宽比专门大。
这时，水平荷载对框架的威逼专门严峻不仅使到框架的弯矩会强大，而且，柱子负担的轴向力和剪力也专门大，专门是底层柱子的轴向力和剪力更是大得惊人。
从力的平稳关系看，因为房屋专门高．水平荷载产生的倾覆力偶将专门大，柱子要抗击那个倾覆力偶就专门吃力。
柱子以专门有限的截面尺才去承担那么大的轴向力和剪力就显得不容易应付。
剪力墙结构体系的类型、特点和适用范畴
剪力墙结构体系的类型：
（纯）剪力墙结构
框架-剪力墙结构
框架在水平荷载作用下的内力图
设置墙片水平作用下的墙片
框支剪力墙结构
简体结构
剪力墙的特点
剪力墙结构体系的优点：
●结构整体性强．抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建筑较高的建筑。
●集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料；
●抗震性能好，具有承担强烈地层裂而不倒的良好性能；
●用钢量较省；
●与框架结构体系相比．施工相对简便与快速。
●剪力培结构体系的缺点：
●墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求
●结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。
适用范畴
●关于基础平面图：
底板下降处（如电梯间、水箱间、厕所水房的集水坑）应画详图，小集水坑如400X400X300可将板消弱，不必单独处理。
应注意两个集水坑可能集中在一起或离墙较近处的集水坑可能坡出墙面。
注意集水坑的盖板高度应与地面等高（厕所水房常垫起来）。
靠墙处集水坑应画两个剖面，下降处底板斜坡应注角度，宜注角度，不注坡长，剖面只画构造，配筋同底板筋。
应将大部分钢筋拉通，仅大房间附加钢筋（包括上下铁），附加筋应标出作用范畴，如从12轴到14轴。
底板钢筋上铁向下锚固，锚固长度为从墙边锚入15d。
下铁考虑承担一定的弯距，向上锚固40d。
外侧墙体钢筋的锚固：
锚入板底，直段长度200。
注明暗柱锚入底板的长度，为施工方便，可加200的直段。
门洞口下的暗梁取值：
宽度=墙厚+2倍底板的h0，窗洞口下取窗底至基底和门下暗梁的较小值。
基础出挑板的分布筋应改为直径12或14，不采纳通长筋。
电梯底座不落地时，板厚应取300，钢筋应留余量，一样可取14@150。
基础底板出挑时，窗井处应认为差不多出挑，非窗井处做挑板，可出挑1至1.2m.
●应幸免将大梁穿过较大房间，在住宅中严禁梁穿房间。
●高层剪力墙结构，当窗下墙改为填充墙时，周期可延长并节约造价。
●关于洞口连梁：
以下处应注意：
1．人防内的厕所、水房等，由于使用要求一样要垫起来，故此处洞口要抬高增大，造成其上连梁与一样梁不同。
2．剪刀梯入口处连梁，由于休息平台板的做法一样只有20厚，比一样楼板处较薄，此处连梁应按休息平台的标高考虑。
3．跃层、楼梯间出屋面处洞口一样要抬高，其上下连梁不同。
4．首层有窗井处因窗井采光的要求可能将其上的阳台及洞口抬高，造成上、下的连梁不同。
5．其他有门槛处上下连梁不同于一样连梁。
●连梁配筋可取各层一致，当超筋时可采取：
1.将连梁断面减小，按一般梁运算。
2.将连梁的刚度折减系数调低，适当增大墙体配筋。
3.将连梁配筋配至最大配筋，并用其能承担的剪力运算弯距和纵筋。
4.长宽比小于2的连梁能承担的最大剪力取值较低，宜幸免使用。
●关于墙体：
•小墙肢的长度不宜小于3b，并按柱子配筋，轴压比小于0.6。
大于4b的墙肢按剪力墙运算和配筋。
•长度大于8米的墙体应开施工洞，并用砖砌堵。
两户以后可能打通的墙体应开洞预留。
阳台门联窗下的墙体应采纳轻体墙砌筑。
•关于墙体的暗柱：
尽量暗柱是暗柱，墙是墙，不采纳大暗柱，暗柱相叠也没关系。
注明暗柱纵筋的连接方式。
•一级剪力墙应验算水平施工缝的抗滑移。
当地下开洞（窗井处）和地上开洞错开时，应加暗框架，在地面处加通长的连梁，起到托梁的作用。
同时适当考虑两个洞口的连梁按一个大洞口运算，最底下的连梁要能承担五层左右的错洞墙肢垂直作用力。
•墙体分布筋，地上部分和地下部分墙水平筋均在外。
洞口错开时，应将连梁锚入暗柱内，作成暗框架。
●屋顶退台内收，而内收的墙体下面并无剪力墙，可采取：
如有条件，做上反梁，否则采纳轻墙直截了当作用在板上。
上层加梁来承担顶板荷载。
●用SATWE软件运算时，长宽比小于4的墙肢按异型柱输入，或忽略小墙肢的配筋。
长高比大于4的连梁按一般梁输入。
●说明剪力墙的加强区范畴。
说明剪力墙的拉筋为φ6@600，加强区为φ6@400。
●人防通风井上应有盖板。
●厨厕间楼板上的通风洞，从一层顶板处开始留，一直穿出屋面。
厕所通风洞为350X650，厨房为450X750，在楼板洞边加角钢，通风洞管块架在角钢上，一层托一层。
剪力墙的分类
●大模现浇剪力墙结构件系
●滑模现浇剪力墙结构体系
●全装配大板结构休系
●内浇外挂剪力墙结构体系
●在我国目前已建成的高层剪力墙建筑中，高层住宅占绝大多数，上述4种施工工艺中，大模现绕剪力墙结构体系的施工工艺及机械设备相对较简单，又有较好的技术经济指标，比较适合我国国情．有专门好的进展前景。
据统计，北京、上海、天津的高层剪力墙住宅中，大模体系差不多占据主导地位，北京对内浇外挂体系应用比较多。
结构体系选择
●要紧考虑因素
•建筑物高度----结构抗侧刚度与抗震性能
•建筑物用途----建筑平面布置，空间利用要求
•高层的操纵因素
•水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度
•抗侧移能力
•砖混结构－框架结构－框剪结构－剪力墙结构－框筒结构－筒中筒结构－成束筒结构－巨型框架结构
剪力墙的布置原则
● 剪力墙在平面上应沿建筑物主轴方向布置
当建筑物为矩形、T形和L形平面时，剪力墙应沿两个主轴方向布置；建筑物为△形、Y形、十字形平面时，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，○形平面，则沿径向布置成辐射状
●剪力墙片应尽量对直拉通，否则不能视为整体墙片。
但当两道墙错开距离d＜3bw（bw为墙厚度）时；或当墙体在平面上为转折形状，其转角a＜15度时才可近似当作整体平面剪力墙对待。
●剪力墙结构的平面形状力求简单、规则对称，墙体布置力求平均，使质量中心与刚度中心尽量接近。
●剪力墙结构应尽量幸免竖向刚度突变，墙体沿竖向宜贯穿全高，墙厚度沿坚向宜逐步减薄，在同结构单元内宜幸免错层及局部夹层。
●全剪力墙体系从剪力墙布置均衡来考虑，在民用建筑中，一样横墙短而数量多，纵墙长而数量少因此，纵横向剪力墙的布置需适应那个特点。
横向剪力墙的问距，从经济考虑，不宜太密，一样不小于6—8m。
纵向剪力墙一样设为二道、二道半、三道或四道
纵向剪力墙布置图
对抗震要求的建筑，应幸免抗震性能不良的鱼骨式的平面布置
当建筑平面形状任意时，在受力复杂处，剪力墙应适当加密
鱼骨式剪力墙平面布置图在受力复杂处加密剪力墙
●剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵横向相互连在一起为有利，如此，对增大剪力墙刚度专门有好处。
●剪力地的平面布置有两种力案
横墙承重方案：
横墙间距即为楼板的跨度．通常剪力墙的间距为6—8m较为经济。
纵横墙共同承重方案：
楼板支承在进深大梁和横向剪力墙上，而大梁又捆置在纵墙上，形成纵横墙共同承重方案。
在实际工程中以横墙承重方案居多数，有时也采纳纵横墙共同承重的结构方案
●当建筑使用功能要求有底层大空间时，能够使用框支剪力墙，但一样均应有落地剪力墙协同工作。
● 框支剪力墙与落地剪力墙协同工作体系中，以最常见的矩形建筑平面为例，落地横向剪力墙数量占全部横向剪力墙数量之百分比率：
非抗震设计时许多于30％，抗震设计时许多于50％。
● 落地剪力墙的间距L应满足的条件
非抗震设计时：
L＜3B，L＜36m（B为楼面觅度）
抗震设计时：
L＜2B．L＜24m（底部为1—2层框支层时）
● 上下剪力墙的刚度比r宜尽量接近于1。
非抗震设计时，r不应大于3，抗震设汁时，r不应大于2。
● 框支剪力墙托梁上方的一层墙体不宜设置边门洞，旦不得在中柱上方设门洞。
落地剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时立布置在墙体的中部.
● 转换层楼板混凝土强度等级不宜低于C30，并应采纳双向上下层配筋。
楼板开洞位置尽可能远离外侧边，大空间部分的楼板不宜开洞，与转换层相邻的楼板也应适当加强。
● 框支梁、柱截面尺寸
框支梁宽度不宜小于上层墙体厚度的2倍，且小于400mm。
框支梁高度：
当进行抗震设计时不应小于跨度的1／6；进行非抗震设计时小应小于跨度的1／8，也可采纳加腋梁。
框支柱的截面宽度宜与粱宽相等，也可比梁宽度大50；非抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于400mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的1/15；进行抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于450mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的1／12，柱净高与截面长边尺寸之比宜大4
● 框支梁、柱的混凝土等级均不应低于C30。
●关于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度不超过50m，抗震烈度为7—8度时，纵横方向的落地剪力墙与框支剪力墙宜采纳图所示的平面布置方式。
图（a）表示在一个结构单元（—般不宜超过60m）中．落地剪力墙纵横向集中为筒体，布置在结构单元的两端；图（b）表示当结构单元较长时，可在中部加一道落地剪力墙．如结构单元再加长时，如图所示那样．在中间设一个落地筒体。
剪力墙的要紧构造要求
●剪力墙的材料
现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20
●剪力墙的厚度
按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20，且不应小于160mm；
按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25，且不应小于140mm。
有边框时，剪力墙的厚度不应小于墙体净高的1/30，且不应小于120mm；
无边框时，剪力墙的厚度不应小于楼层高度的1/25，且不应小于140mm。
●剪力墙的配筋
剪力墙厚度<200mm时，可单层配筋。
剪力墙厚度>=200mm时，应双层配筋。
山墙及相邻第一道内横墙，楼梯间或电梯间墙及内纵墙等都应双层配筋。
剪力墙所适应的最大高度和高宽比
钢筋混凝土结构的最大适应高度和高宽比应分为A级和B级
A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系适用的最大高度分别于表．
A级高度剪力墙建筑结构体系适用的最大高度（m）
结构体系
非抗震设计
抗震设防烈度
6度
7度
8度
9度
全部落地剪力墙
150
140
120
100
60
部分框支剪力墙
130
120
100
80
不应采纳
B级高度剪力墙建筑结构体系适用的最大高度（m）
结构体系
非抗震设计
抗震设防烈度
6度
7度
8度
全部落地剪力墙
180
170
150
130
部分框支剪力墙
150
140
120
100
A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系的高宽比限值不宜超过下表．
A级高度剪力墙结构体系建筑高宽比限值
非抗震设计
抗震设防烈度
6度、7度
8度
9度
6
6
5
4
B级高度剪力墙结构体系建筑高宽比限值
非抗震设计
抗震设防烈度
6度、7度
8度
8
7
6
升级会员 