剪力墙结构设计指导书.docx
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剪力墙结构设计指导书
剪力墙结构设计指导书
（土木工程专业）
二○一一年三月
第一部分结构设计提纲
一、首先要编写结构设计提纲
俗话说“纲举目张”，实践证明结构设计提纲是指导结构施工图设计的纲领性文件。
结构设计提纲是为开展结构施工图设计工作而编写的。
因此，一切有关亊项,相关数据，甚至重大问题的决策过程都应该编写进去。
内容包括：
（一）工程概况
1.建设单位和工程项目的名称，或子项目工程的名称。
2.建设地点，该地区的地震烈度。
3.结构平面划分区段，每个区段的结构类型、层数,主要使用功能、主要生产设备。
4.相邻建筑物的情况和影响关系，施工时深基坑的围护措施和其它注意如项。
（二）设计依据
1.本工程应遵循的主要结构设计规范的名称和代号。
2.地质勘察报告
3.各种结构设计等级的确定
抗震设防烈度、建筑物抗震设计分组和场地类别、现浇钢筋混凝土结构的抗震等级；
混凝土结构的安全等级；
防火的建筑物分类和耐火等级；
应用其它规范时的相应等级。
4.特殊的设计要求．如耐高温、防渗漏、楼面机械振动、结构或构件的变形限制等。
（三）荷载取值
1.风荷载、雪荷载、楼面荷载和特殊荷载的标准值,必要时说明其分项系数和组合系数。
2.地震荷载的调整系数。
例如次长周期（
=2～3秒）高层建筑的地震荷载调整系数可取1.5～1.8（自振周期越长、系数越大）。
（四）上部结构
1.结构选型、根据所设计建筑物的情况，选择适合本建筑物的最佳形式。
2.温度伸缩缝、沉降缝和防震缝的设置和做法。
3.材料（框架结构说明填充材料）。
4.主要计算参数
5.结构计算原则、方法和手段；手算时应说明其依据或出处；电算时应说明软件的编制单位名称、代号和版本。
6.主要构件的截面尺寸和控制配筋率。
7.主要构造措施和施工要求。
（五）地基基础
1.地基处理方法,经处理后采用地基土承载力设计值。
采用桩基时单桩竖向承载力标准值或设计值。
2.沉降观测的布置和要求,沉降计算方法。
3.基础选型。
4.基础材料。
5.主要计算参数。
6.基础计算原则方法和手段：
手算时应说明依据或出处；电算时应说明软件的编制单位名称、代号和版本。
7.主要构件（或部件）的截面尺寸和控制配筋率。
8.主要构造措施和特殊施工要求。
（六）其它
第二部分结构方案确定及结构计算
一、手算部分
（一）结构体系的选择和结构布置
结构体系的选择：
在设计钢筋混凝土多层及高层建筑结构时．可供选择的结构体系有：
框架结构；框架——剪力墙结构；剪力墙结构；框支剪力墙结构；筒体结构和巨型结构等。
目前，我国采用较多的是前5种．设计中究竟采用哪种结构体系，要经过方案比较确定，这主要要看拟建筑物的高度、用途和施工条件和经济比较等．如果拟建建筑物为宿舍，高度又比较高，那么自然要选择剪力墙结构。
因为居住建筑要有足够的隔墙．如拟建建筑物为厂房或实验室，则最好采用框架结构，因为这类建筑要求开间大，多变，布置灵活，竖向构件越少越好。
再如拟建建筑为高层办公楼或公寓，当高度不太高时，宜采用框架——剪力墙结构；当高度较高宜采用外框架内核芯筒结构；再高时最好采用筒中筒结构，即采用外框架筒和内核芯筒结构．此类结构外框架筒可以开窗以满足采光要求，在内筒中布置楼电梯井,管道竖井及生活间等。
而在竖井周围布置大面积房间作为公用房，隔墙可采用轻质的或采用半隔断的，这样布设灵活、自由。
（二）剪力墙结构布置和截面尺寸要求
1.剪力墙结构布置
剪力墙结构中竖向荷载、水平地震作用和风荷载都由钢筋混凝土剪力墙承受，所以剪力墙应沿结构的主要轴线布置。
一般矩形、T形、L形平面时，剪力墙沿纵横两个方向布置；三角形、Y形平面，剪力墙可沿三个方向布置；多边形、圆形和弧形平面，则可沿环向和径向布置.剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。
当稍有错开或转折时，可作为一道墙考虑。
一般剪力墙结构的剪力墙应沿竖向贯通建筑物全高不宜突然取消或中断。
顶层取消部分剪力墙形成顶部大房间时，延伸到顶的剪力墙应予以加强。
按剪力墙的间距可分为小开间剪力墙结构和大开间剪力墙结构两种类型。
小开间剪力墙结构横墙间距为2.7--4m，一般在3.0—3.6m，剪力墙间距密,墙体多，底层墙截面与底层楼面面积之比可达8%~10%，结构所占面积大，混凝土耗用量较大,结构自重也比较大。
但楼板容易处理，采用予制楼板比较方便，可以灵活选用短预应力空心板、预应力叠合板或预应力大楼板；采用现浇楼板时板厚也较小。
另外,小开间剪力墙必需考虑轻质隔墙少、造价较低的因素。
大开间剪力墙的间距较大,可达6~8m,墙的数量较少,使用比较灵活,底层墙总截面面积与底层楼面面积之比,可在7%以内.相应地,墙体耗用材料较少,能充分发挥剪力墙的承载力，结构自重也较小。
但是，楼面系统设计是较大的问题：
采用梁承重时，要设横梁和纵梁；采用板承重时必须采用轻质隔墙材料，而且板厚较大（7m跨度时预应力空心板厚180mm;采用现浇平板的厚度也不小于180mm，甚至200mm，重量较大）。
在纵墙处理方面，除大量使用有内外纵墙（两道外纵墙、一至二道内纵墙）的普通型剪力墙结构外，近年来，只保一道内纵墙，取消承重外纵墙的鱼骨式剪力墙结构得到了广泛应用。
由于外纵墙作为非结构构件，所以建筑上可灵活采用多种轻质材料：
加气混凝土、装饰板材、玻璃幕墙，甚至砌砖。
鱼骨式结构由于施工时没有混凝土外纵墙，所以也便于采用隧道模进行整体浇筑。
此外，为了给建筑提供更自由灵活的大空间，少内纵墙剪力墙结构和集中布置内纵墙的剪力墙结构已开始应用。
由于中央部分取消了内纵墙，加上横墙大开间达7—8m。
为建筑布置创造了更良好的条件。
2.控制剪力墙结构的刚度
剪力墙结构刚度很大，一般来说周期较短，相应地震力也很大。
如果剪力墙结构的刚度过大，不仅材料耗费多，不经济，而且地震力过大会使部分墙肢和连梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面设计困难。
一般宜控制使剪力墙结构的刚度能满足位移限值要求便可。
剪力墙结构刚度过大时，可采取以下措施：
（1）减薄剪力墙厚度；
（2）降低混凝土强度等级；
（3）加大洞口宽度，如果建筑不需要太大洞口，可以在加宽的洞口边砌砖填塞；
（4）减小连梁高度，加大洞口宽度，如果建筑不需要过高的洞口，可用砖填充；
（5）将长的剪力墙分成两、三段，中间只保留楼板或很小的连梁连接；
（6）将过大的墙肢开一列施工洞口划分为两肢，施工洞口可用砖填充；
（7）取消部分剪力墙,用轻隔墙代替对于剪力墙结构,宜控制结构的基本自振周期在下列范围内:
式中，
为结构层数。
相应地，剪力墙结构的底部剪力系数，控制在下表较为合适，底部剪力按下式计算：
式中,G为建筑物总重力荷载,方案阶段可按单位面积重力荷载为14~16
估计如果设计的剪力墙结构单位面积重量超出16
时,宜适当修改方案,减轻自重。
剪力墙结构合适的底部剪力系数
7
8
9
Ⅰ
0.015~0.02
0.03~0.05
0.08~0.10
Ⅱ
0.03~0.04
0.05~0.07
0.10~0.15
Ⅲ
0.04~0.06
0.07~0.10
0.13~0.18
Ⅳ
0.06~0.08
0.12~0.15
0.18~0.25
当
超过上表的范围,宜采取措施适当减小剪力墙结构的刚度。
3.单片剪力墙
为保证剪力墙由受弯控制其破坏，防止出现脆性的剪切破坏形式，单片剪力墙（单肢墙或由连梁连接墙肢而形成的小开口墙、联肢墙等）的总高度与总长度之比H／B不宜小于2。
当单片剪力墙的长度太长时，可在中间某列洞口取消连梁（只用楼板连接）或将连梁高度压到很小，从而将一片墙划分为数个墙段单独工作，使每一墙段都分别满足H/B≥2的要求。
剪力墙结构中，单片剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的40％。
也就是说，不要设刚度过大的单片墙。
单片墙承受水平力份额过大，万一破坏就会出现严重的后果。
遇到这种情况，宜将这片墙分成两个墙段，墙段间只用楼板连接，不设连梁。
4.温度收缩缝
剪力墙结构的刚度很大，因而对温度、收缩应力很敏感，处理不当，容易在墙面上出现裂裂缝。
当不采取专门措施时，剪力墙结构平面太长则应设温度收缩缝。
现浇剪力墙结构的伸缩缝间距不宜大于45m；外墙为装配式大板时不宜超过65m。
如果采取专门措施,如提高温度影响大的部位的配筋率、每40m设一道施工后浇带等，可以使剪力墙结构不设缝或少设缝。
目前，北京昆仑饭店总长度为114m、京伦饭店总长度为138m，均未设温度收缩。
V形和Y形平面剪力墙结构，一般都不设温度收缩缝。
5.剪力墙的洞口
剪力墙上的门窗洞口宜成列布置、上下对齐，形成明确的墙肢和连梁。
尽量避免采用错洞墙，错洞墙内力分布不明确，角区还有应力集中，因而必须加强构造措施，用钢量增大。
门窗洞口布置要避免出现小墙肢，两个门洞靠得太近、洞口靠近洞口边缘都会出现小墙肢，一般要求洞口之间距离以及洞边距墙边距离都不应小于3倍墙厚，也不应小于500mm。
6.剪力墙的截面尺寸
（a）墙肢的最大宽度
墙肢的宽度不宜大于8m，超过时容易产生剪切破坏，而且中间部分的竖向分布钢筋很难发挥作用。
如有过大墙肢，可用施工洞口划分为两个单独墙肢。
施工洞建筑上不需要时可以砌砖填充。
（b）墙肢最小宽度
墙肢宽度不应小于8
。
（
为墙厚），一、二级抗震设计时，小墙肢的轴压比
宜控制在0．6以下。
（c）墙肢最小厚度
一、二级抗震等级设计的剪力墙厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16,且不应小于200mm；其它部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20,且不应小于160mm。
当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时,其底部加强部位截面厚度尚不应小于层高的1/12；其他部位尚不应小于层高的1／15,且不应小于180mm。
按三、四级抗震等级设计的剪力墙厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20,且不应小于160mm；其它部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25,且不应小于160mm。
（d）墙肢的抗剪要求
墙肢的剪力设计值应满足以下要求：
无地震组合：
有地震组合：
剪跨比λ大于2.5时
剪跨比λ不大于2.5时
式中
——剪力墙的剪力设计值
—矩形截面剪力墙的宽度或I形、T形截面的腹板的宽度；
——截面有效高度；
混凝土强度影响系数,当混凝土等级不大于C50时取1.0；当混凝土等级为C80时取0.8；当混凝土等级在C50和C80之间时可按线性内插取用；
λ—计算截面处的剪跨比,即
其中
、
应分别取与
同一组组合的。
在方案设计阶段,估算剪力墙墙肢截面必要尺寸时,楼层的剪力可以近似按各截面面积的比例分配。
计算结构底部剪力时，可取
式中，
为楼层数；S为建筑总面积。
（三）横向水平地震力计算。
1.重力荷载代表值的计算
计算地震作用时，建筑物的重力荷载代表值，可按下表取用．
重力荷载代表值取值
项次
荷载类别
荷载代表值取值
1
横载（自重等）
100%
2
雪荷载
50%
3
层面、积灰荷栽
50%
4
屋面活荷载
不考虑
5
楼面荷载
当按实际情况计算时取100%,当按等效楼面均布活荷载计算时:
对藏书库,档案库取80%。
6
吊车荷载
对软钩吊车取桥架自重100%
2.横向或纵向水平地震力计算
（四）水平地震作用下的内力与位移计算
1.计算各片横向剪力墙的等效刚度.
在进行内力协同计算、自振周期和稳定性计算中，沿竖向刚度比较均匀的结构，可采用等效刚度的方法计算刚度。
（1）对单肢实体墙，按整截面计算的剪力墙和整体小开口墙，可按下式计算其等效刚度为：
式中
——等效刚度；
—混凝土的弹性模量；
——剪力墙的惯性矩，小洞口整截面墙取组合截面惯性矩，整体小开口墙取组合截面惯性矩的80％；
—无洞口剪力墙的截面面积；小洞口整截面墙取折算面积；
；整体小开口墙取墙肢截面面积之和
A——墙截面毛面积；
一墙面洞口面积；
——墙面总面积；
—第
墙肢截面面积；
H——剪力墙总高度；
一截面形状系数，矩形截面
。
（2）对单片联肢墙、壁式框架和框架一剪力墙可采用倒三角形分布荷载和均布荷载，先计算出顶点位移，然后按下式之一折算其等效刚度：
采用均布荷载时：
采用倒三角形分布荷载时：
式中
——等效刚度；
、
——计算顶点位移
时所用的均布荷载值和倒三角形分布荷载的最大值。
—分别是由均布荷载和倒三角形分布荷载产生的结构顶点水平位移。
注：
当所采用的内力、位移计算方法已经直接计算其等效刚度时，可不必再按上式进行折算。
2.按各片剪力墙的等效刚度比例分配水平力.
3.按不同类型的剪力墙分别计算内力和位移（参见文献14）
（五）竖向荷载作用下的内力计算
1.设计中的一般原则；
2.剪力墙在竖向荷载作用下的内力计算；
3.剪力墙的内力组合；
4.连梁的内力组合．
（六）风载的计算
（七）截面设计及构造措施
1.一般原则
2.剪力墙的设计（参见高层建筑结构设计教材）
①剪力墙的正截面承载力计算；
②剪力墙的斜截面承载力计算；
③剪力的构造措施．
3.连系梁的设计
（八）楼梯的设计（参见文献18）
楼梯应用较多的有梁式楼梯和板式楼梯。
梁式楼梯的计算：
1．踏步板的计算；
2．斜梁的计算；
3．平台板和平台梁的计算。
板式楼梯的计算：
1．梯段板的计算；
2．平台梁的计算
二、电算部分说明
（一）采用程序的名称及版本
（二）输人的主要计算参数
（三）整体分析
（四）构件分析
（五）跟手算结果有关部分的打印
三、绘制施工详图
1.结构布置：
标准层结构布置图（1张1号或2号）。
2.绘制剪力墙配筋图（1张1号或两张2号）。
3.绘制楼梯配筋图（1张1号或两张2号）。
4.结构设计统一说明。
四、参考文献
一、设计依据及参考书目
国家标准：
1.建筑结构荷载规范GB50009-2001
2.混凝土结构设计规范GB50010-2002
3.建筑抗震设计规范GB50011-2010
4.高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）
教材：
5.新编高层建筑结构设计包世华主编
6.建筑抗震设计郭继武主编
7.建筑地基基础
8.混凝土结构设计原理梁兴文、王社良、李晓文等编著
9.混凝土结构设计梁兴文、史庆轩编著
10.钢筋混凝土及砖石结构康晓飞主编
参考资料
11.高层建筑结构实用设计方法赵西安编筑
12.西北院高层住宅楼施工图
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