钢筋混凝土空心剪力墙

2024-05-24

钢筋混凝土空心剪力墙（精选4篇）

钢筋混凝土空心剪力墙篇1

钢筋混凝土空心剪力墙结构是一种新型的剪力墙结构, 在减轻自重和节能等方面有着比普通剪力墙很明显的优势, 针对该种剪力墙的研究已经做了很多, 但在框—剪结构中的应用研究却是空白。本文采用两阶段设计法, 考虑钢筋混凝土空心剪力墙刚度退化后, 剪力墙和框架所受水平地震作用的变化, 对其在框—剪结构中的应用做了分析, 希望能对以后的设计提供一些参考。

1两阶段设计法的含义[1]

两阶段设计法, 即先考虑弹性阶段, 对结构进行计算, 再考虑弹塑性阶段, 再对结构进行计算。1) 弹性阶段:按照GB 50011-2001建筑抗震设计规范的规定, 计算框架—剪力墙结构中剪力墙受到的地震作用, 并计算各层的侧向位移;将各层的侧向位移除以该层的高度, 得到各层的弹性阶段层间位移角。2) 弹塑性阶段:将所求得的各层弹性层间位移角乘以3, 得到各层弹塑性阶段的层间位移角值 (>1/500时, 取1/500) ;按第3部分提供的计算方法, 确定弹塑性阶段框架—剪力墙结构中框架受到的地震作用。

2框架和钢筋混凝土空心剪力墙的刚度退化

表1为文献[1]中关于框架和普通钢筋混凝土剪力墙的刚度退化系数 (括号内数字是以层间位移角为1/500时的剪力墙刚度为初始刚度算得的层间位移角大于1/500以后剪力墙的刚度退化系数) 。通过文献[2][3]可以得到钢筋混凝土空心剪力墙各变形阶段的刚度退化系数, 见表2 (括号内数字含义同前) 。通过表1和表2对比可以发现, 空心剪力墙与普通剪力墙在刚度退化时对整个框—剪结构所受地震作用的影响是近似一致的, 所以文献[1]中关于剪力墙刚度退化时对整个框—剪结构所受地震作用的影响对空心剪力墙也是适用的。

3地震作用计算方法

由文献[2]可以得到如下的计算方法:

1) 根据所得的最大层间位移角, 查表2, 得到剪力墙的刚度退化系数。

2) 将剪力墙的刚度退化系数代入式 (1) , 求出刚度特征值λ;查图1, 求出φ。

$λ = Η \sqrt{C_{F} / γ E_{w} Ι_{w}}$ (1)

其中, CF为框架的抗推刚度;γ为剪力墙的刚度退化系数;φ为与刚度特征值λ有关的系数。

3) 将φ代入式 (2) , 求出自振周期T。

$Τ = φ \cdot Η^{2} \sqrt{W / g E_{w} Ι_{w}}$ (2)

其中, W为结构沿高度单位长度的重量;H为建筑结构的高度;g为重力加速度;EwIw为总剪力墙的抗弯刚度。

4) 将自振周期T代入抗震规范中的计算公式, 求出剪力墙的刚度退化后, 即弹塑性阶段, 结构所受地震力, 将其与弹性阶段所受地震力相比, 得到变化系数。

5) 对于倒三角形分布荷载, 将变化系数乘以弹性阶段的最大集度, 得到弹塑性阶段的最大集度, 进而可以得到弹塑性阶段的结构底部剪力。

6) 将剪力墙的刚度退化后的刚度特征值λ和弹塑性阶段的结构底部剪力和弯矩分别代入式 (3) 或根据剪力墙的刚度退化后的刚度特征值λ查图2, 求出弹塑性阶段考虑剪力墙刚度退化时, 框架受到的剪力。

$\begin{array}{l} V_{f} (ξ) = \\ {(1 - ξ^{2}) + \frac{2}{λ^{2}} [(\frac{λ^{2} s h λ}{2} - s h λ + λ) \frac{s h λ ξ}{c h λ} - (\frac{λ^{2}}{2} - 1) c h λ ξ - 1]} V_{0} (3) \end{array}$

其中, V0为倒三角形水平分布荷载对结构底部的总剪力;ξ为楼层的相对标高。

通过上一部分所提供的计算过程, 可以得出表3～表6, 其中Vfe/V0, Vfp/V0分别代表考虑剪力墙刚度退化前、后框架—剪力墙结构中框架受到的地震剪力与剪力墙刚度没有退化时结构底部总地震剪力的比值;ψ为修正系数, 即考虑剪力墙刚度退化前、后框架受到的地震剪力的比值 (即Vfe/Vfp) 。

4结语

通过表3～表6的比较, 可以发现:1) 修正系数ψ不是定值, 对于工程设计中常用的λ=1～4, 修正系数ψ在1～1.6之间变化;2) 随着层间位移角和刚度比的增大, 修正系数ψ在结构的上部逐渐减小, 而下部逐渐增大;3) 对于λ=1～4的框—剪结构, 剪力墙刚度退化后, 框架受到地震剪力Vfp, max与总剪力V0的比值在各变形阶段基本上都大于0.2;4) 考虑剪力墙刚度退化后框架受到的地震剪力的最大值Vfp, max一般发生在结构高度中段楼层处 (ξ=0.3～0.6之间) , 且与不考虑剪力墙刚度退化时框架受到的地震剪力的最大值Vfe, max的比值在1.0～1.2之间变化。

在我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中对框架—剪力墙结构中框架受力明确规定:对于Vf<0.2V0的楼层, 框架总剪力应取1.5Vf, max与0.2V0中的较小值。经过以上计算分析, 可以发现对于有钢筋混凝土空心剪力墙的框—剪结构, 计算框架受力时, 这一规定也适用。

摘要：通过采用两阶段设计法, 考虑钢筋混凝土空心剪力墙刚度退化, 对空心剪力墙在框—剪结构中的应用做了分析, 分析结果表明, 空心剪力墙在框—剪结构中的应用是可行的, 现有的设计规范对其是适用的。

关键词：钢筋混凝土空心剪力墙,刚度退化,两阶段设计法

参考文献

[1]刘建新.考虑剪力墙刚度退化时高层框—剪结构框架地震内力的实用确定方法[J].建筑结构, 1997 (10) :18-21.

[2]张.钢筋混凝土空心剪力墙刚度退化试验研究及框—剪结构中应用方法分析[D].西安:西安建筑科技大学硕士学位论文, 2004.

[3]许淑芳, 张.钢筋混凝土空心剪力墙刚度退化研究[J].西安建筑科技大学学报, 2007, 39 (5) :605-609.

谈空心剪力墙的构造篇2

关键词：剪力墙,构造措施,抗侧刚度,混凝土,分布钢筋,保护层,圈梁,连梁

1 引言

目前, 西方发达国家及日本己基本不使用粘土砖, 而使用新型的墙体材料。对于可用于剪力墙结构的承重墙体, 莫沐才料有改良砖、砌块、墙板、复合墙体等四类。用于承重的墙板, 大多以混凝士与保温材料来复合, 混翻进二多采用轻质高强的轻骨料混凝土。较成熟的承重墙板有泡沫塑料与混凝土的复合板、陶粒混凝土复合外墙板等。为了要得到一个受力良好的结构, 除了必须满足计算要求以外, 还应当遵循一定的构造要求。对于双肢剪力墙结构的抗震设计, 重点应在于保护墙肢不倒, 而墙肢不倒的关键则在于提高连梁和墙肢底部的塑性变形能力。墙肢底部的屈服应在连梁屈服之后, 同时连梁的屈服也不是同步一次性的, 而应该是分期分扎廿也屈服, 该些要求都可以通过在各层连梁根部和墙肢底部采取一定的延性构造措施来保证。

2 国内的住宅结构体系

2.1 全现浇钢筋混凝土结构体系

所有剪力墙全部采用大模板施工工艺, 确保清水混凝土, 拆模后不再抹灰。彻底摆脱了砌筑、抹灰等笨重体力劳动, 加快了整个工程的施工速度;钢筋混凝土外墙采用外保温, 节能效果比内保温好, 还可增大建筑面积;可设计为大开间灵活隔断;有利于抗震。

2.2“外砌内浇”剪力墙结构体系

外墙采用砌体, 内墙采用混凝土墙, 造价较低。外墙可用加气块、混凝上空心小型砌块或粘土多孔砖和其他习渤土砖。但砌块内外两侧都要抹灰, 还不能彻底摆脱砌筑、抹灰等笨重体力劳动和一些落后工艺。

2.3“外挂内浇”剪力墙结构体系

内墙均采用钢筋混凝土剪力墙大模板施工工艺, 外墙采用预制夹芯保温板, 要求两面均为光面, 不再抹灰。其优点是彻底摆脱了砌筑、抹灰的落后工艺和笨重体力劳动。但这类体系要重视外墙板与结构的连结技术和工艺, 这也给该体系的推广娜增加了一定的困难。

2.4 钢筋混凝土框架结构

“框架轻板”是多层住宅的一种体系, 其外墙及内隔墙均采用预制轻型墙板。其优点是隔断及户型设计灵活, 有利于彻底摆脱砌筑抹灰等笨重体力劳动和落后工艺, 但涉及到各地区的经济条件及实际情况, 要因地制宜。

2.5 钢结构体系

近年来有些地区在搞轻钢结构住宅体系, 且用钢量增加并不太多, 具有布置灵活, 抗震性能好等优点, 但造价要高一些, 工艺也比较复杂, 预七日丘几年不会有较大发展。

3 空心剪力墙结构的构造措施

3.1 材料

为保证构件在水平地震作用下有足够的承载能力及变形育动, 剪力墙的混凝土不宜太低, 空心剪力墙的混凝土强度等级不回氏于C25.

3.2 剪力墙的厚度

剪力墙的厚度主要取决于剪力墙的稳定性、承载力和施工的要求。如果剪力墙的厚度太小, 不利于墙体的稳定性, 也不便于施工。因此, 对剪力墙的厚度应有所限制。在相同厚度清况下, 空心剪力墙的强变育断左到甚至超过实心剪力墙, 但空心剪力墙的稳定性低于实心剪力墙。

3.3 剪力墙的门窗洞口布置

试验研究和震害分析表明, 剪力墙门窗洞口如布置不规则, 将引起应力集中现象, 易使墙体发生剪切破坏。如果洞口的布置规则, 上下各层对齐, 能形成明确的墙肢和连梁, 应力分布比较规则, 设计结果安全可靠。错洞剪力墙应力分布复杂, 计算、构造都比较复杂和困难, 因此不宜采用错洞布置。另外, 由于连梁高度大可能会引起连梁的剪切破坏, 因此为了减小连梁高度, 建议采用低窗或者将窗洞落地, 主体施工完毕后, 再用填充砌俐各其砌至建筑标高。

3.4 竖向孔洞

竖向孔洞对截面有削弱作用, 固孔洞率不能过高, 不宜超过30%。竖向孔洞的直径应不大于墙厚的一半, 其间距不宜小于150mm.空心剪力墙中的竖向子酮采用具有一定刚度的一次脱模形成为使钢筋混凝土空心剪力墙的截面尺寸变化不致过决, 应将相邻内模高低交错布置, 低于 (或高于) 相邻内模150mm.

3.5 圈梁

圈梁有效地抑制了墙体余}裂缝的发展, 圈梁与暗柱一起加强了结构的整体性, 对结构的抗震性育翅到了提高作用。另外由于圈梁的存在, 增强了空自剪力墙的稳定性。空心剪力墙结构的圈梁高度不宜小于300mm, 宽度同墙厚。纵向钢筋不宜小于416, 箍筋直径不应小于8mm, 间距不宜大于30mm.

3.6 连梁

连梁是对剪力墙结构抗震性能影响较大的构件, 为了使助胡支剪力墙形成强墙弱梁的效果, 以提高延性, 应使连梁早于空心剪力墙屈服, 但同时应当保证使连梁进入弹塑性工作状态后仍能发挥良好的作用。

3.7 保护层

混凝土保护层层最小厚度的取值, 主要是按照耐久性和粘结锚固性能的要求而确定的。对于梁、板柱中受力主筋的保护层厚度, 在一些国家的规范中均有按粘结锚固要求而使保护层厚度不小于钢筋直径的规定。因此, 为保证钢筋与混凝土共同工作, 在原则上也要求混凝土保护层厚度不小于受力钢筋直径。耐久性要求的混凝L保护层厚度, 是按照在构件的基本耐久年限中不发生危及结构安全的钢筋锈蚀而确定的。

3.8 锚固长度

在混凝土结构构件中, 钢筋和混凝土两种材料能共同工作的基本前提是, 这两种材料之间能可靠的锚固。试验研究表明, 钢筋与混凝土中的粘结锚固作用有四个来源:钢筋与混凝土接触面上的胶结力;在已发生相对滑移区域仁的摩阻力;变形钢筋横肋对肋前混凋进二挤压而产生的咬合力, 是变形钢筋锚固力的主要来源。

4 剪力墙的水平和竖向分布钢筋

墙身的水平和竖向分布钢筋起如下的作用:使剪力墙有一定的延性, 破坏前有明显的位移和预兆, 防止突然脆性破坏;当混凝土受剪破坏后, 钢筋仍有足够的抗剪能力, 剪力墙不会突然倒塌;减少和防止产生温度裂缝;当因施工拆模或其他原因使剪力墙产生裂缝时, 能有效地控制裂缝继续发展。

4.1 剪力墙的钢筋布置要求

空心剪力墙中间有竖向孔洞, 为了加强剪力墙出平面的侧向受弯承载力及固定钢筋和孔洞的位置, 竖向和水平分布钢筋至少应双排布置。分布钢筋之间的拉接钢筋, 必须设置在孔洞之间, 间距不应大于500mm, 直径不应小于6mm, 拉筋与外皮水平钢筋钩牢。在加强部位, 边缘构件以外的拉筋间距还应适当加密。

4.2 分布钢筋的配置

剪力墙分布钢筋的作用是多方面的:抗剪、抗弯、减少收缩裂缝等。试验研究还表明, 分布钢筋过少, 剪力墙会由于纵向钢筋拉断而破坏, 需要给出剪力墙分布钢筋最小配筋率。

5 结语

诸多研究表明, 剪力墙的周期反复荷载作用下的塑性变形能力, 与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件的范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置, 以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关, 而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。

参考文献

[1]王社良, 曹照平。双肢剪力墙结构弹塑性性能试验研究[J].工程力学, 1998, (02)

钢筋混凝土空心剪力墙篇3

1 剪力墙结构的基本含义

剪力墙结构的定义:a.剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙;b.高层建筑结构不应采用全部剪力墙的剪力墙结构;c.剪力墙较多时, 应布置筒体 (或一般剪力墙) , 形成剪力墙与筒体 (或一般剪力墙) 共同抵抗水平力的剪力墙结构。

剪力墙结构的必要条件:抗震设计时, 墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

剪力墙结构的下限:当墙较少时, 如墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%~40%, 则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定, 用户可以灵活掌握。如果在剪力墙结构中, 只有个别小墙肢, 不应看成剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。

2 空心剪力墙结构的构造措施

2.1 材料

为保证构件在水平地震作用下有足够的承载能力及变形育动, 剪力墙的混凝土不宜太低, 空心剪力墙的混凝土强度等级不回氏于C25。

2.2 剪力墙的厚度

2.3 剪力墙的门窗洞口布置

2.4 竖向孔洞

竖向孔洞对截面有削弱作用, 固孔洞率不能过高, 不宜超过30%。竖向孔洞的直径应不大于墙厚的一半, 其间距不宜小于150mm.空心剪力墙中的竖向子酮采用具有一定刚度的一次脱模形成为使钢筋混凝土空心剪力墙的截面尺寸变化不致过决, 应将相邻内模高低交错布置, 低于 (或高于) 相邻内模150mm。

2.5 圈梁

圈梁有效地抑制了墙体余}裂缝的发展, 圈梁与暗柱一起加强了结构的整体性, 对结构的抗震性育翅到了提高作用。另外由于圈梁的存在, 增强了空自剪力墙的稳定性。空心剪力墙结构的圈梁高度不宜小于300mm, 宽度同墙厚。纵向钢筋不宜小于416, 箍筋直径不应小于8mm, 间距不宜大于30mm。

2.6 连梁

2.7 保护层

2.8 锚固长度

在混凝土结构构件中, 钢筋和混凝土两种材料能共同工作的基本前提是, 这两种材料之间能可靠的锚固。试验研究表明, 钢筋与混凝土中的粘结锚固作用有三个来源:a.钢筋与混凝土接触面上的胶结力;b.在已发生相对滑移区域仁的摩阻力;c.变形钢筋横肋对肋前混凋进二挤压而产生的咬合力, 是变形钢筋锚固力的主要来源。

3 剪力墙的水平和竖向分布钢筋

墙身的水平和竖向分布钢筋起如下的作用:a.使剪力墙有一定的延性, 破坏前有明显的位移和预兆, 防止突然脆性破坏。b.当混凝土受剪破坏后, 钢筋仍有足够的抗剪能力, 剪力墙不会突然倒塌。c.减少和防止产生温度裂缝。d.当因施工拆模或其他原因使剪力墙产生裂缝时, 能有效地控制裂缝继续发展。

3.1 剪力墙的钢筋布置要求

3.2 分布钢筋的配置

摘要：剪力墙房屋是一种底部由框架﹑剪力墙和刚性楼盖组成的建筑结构形式。它通常适用于临街的住宅、办公楼等建筑, 这些建筑在底层往往设置商店、餐厅、银行等公共设施以方便人们的生活, 上部安排小开间住宅。钢筋混凝土空心剪力墙结构是在墙体改革中提出的一种新型抗震、节能承重结构。将这种墙体用于多层及高层的住宅, 可以减轻房屋自重, 合理调整结构抗侧刚度, 减少地震作用, 达到节土、节能及节省开支的效果。

钢筋混凝土空心剪力墙篇4

地震是人类面临的一大自然灾害, 由于其随机性和突发性, 地震难以准确预测, 因此, 地震造成的灾难性后果, 往往令人触目惊心。地震时桥梁工程的破坏非常普遍, 国内外都有大量报导。上部结构本身的抗震能力较强, 地震时一般不会破坏, 而桥梁震害主要出现在支座和下部结构中。

由于国内铁路高墩设计多采用结构整体性好、经济性能优越的传统圆端形或矩形空心墩, 由于受刚度条件控制, 桥墩截面尺寸与圬工量很大, 占工程总投资的比例较高。在罕遇地震作用下墩身结构处于弹性工作状态, 而基础往往由于受力过大, 设计困难;其次传统空心截面形式, 由于铁路桥墩截面较大, 必然会给箍筋的约束效果减小;另外, 传统高墩在罕遇地震作用下会出现多个塑性铰、位置不确定。这些都是传统空心高墩的弱点。

由于传统高墩在抗震性能上存在诸多的缺点, 目前国外正在研究应用多柱格构式桥墩, 这种新型桥墩将有可能取代传统圆端形或矩形空心高墩。该种桥墩柱间依靠横梁联系, 由于横梁的刚度相对较弱, 轴力较小, 且横梁梁端弯矩明显大于柱端弯矩, 在罕遇地震作用下梁端容易形成塑性铰且发生在较为理想的部位, 通过横撑的变形消耗地震能量, 从而保护主体墩柱及基础的安全。这样就提高了结构的整体抗震性能, 同时可大幅降低工程造价。但是多柱格构式桥墩的整体性能较差, 而铁路桥梁对于桥墩的整体刚度要求较高, 因此, 此类桥墩在公路桥梁中应用较多, 在铁路桥梁尤其是高速铁路桥梁很难得到实质性的使用。

为解决多柱格构式桥墩整体性能不足的缺陷, 采用柱板式桥墩来提高桥梁的整体刚度。但是, 从国内外实验研究现状来看, 柱板式桥墩在地震作用下柱间板的破坏裂缝基本分布在板底部, 很难充分发挥板的耗能作用。因此, 为改善板的耗能性能, 本文参照建筑中已经使用的带缝剪力墙结构, 提出新型钢筋混凝土柱板 (带竖缝耗能薄壁板) 式桥墩, 充分发挥柱板式空心高墩间薄板在地震作用下的耗能能力。

本文以一座116 m墩高的连续刚构为例, 分别考虑柱间薄壁板设置竖缝和不设置不带缝两种情况, 对其地震响应进行详细计算和分析研究。

1 工程背景

纵目沟特大桥主桥设计方案一为:80+2×136+80m连续刚构桥。该桥位处地质情况一般, 表层为Q3黄土, 持力层为完整基岩。主墩采用直径2m的钻孔灌注桩基础。群桩基础自身抗推刚度较小, 加之大桥桥墩较高的原因, 下部结构柔度较大是本桥的特点, 结构整体纵、横向刚度是控制下部结构设计的关键因素。

主墩采用新型柱板式空心桥墩, 柱间设置联系横梁及薄壁板, 在正常使用阶段桥墩可提供较大刚度, 一旦遭遇强烈地震, 薄壁板开裂后, 结构刚度迅速下降, 周期延长, 地震作用得到大幅度消减, 同时可有效地保护主体结构免受损伤。主墩墩顶采用C60混凝土, 主墩墩身采用C50混凝土, 承台、桩基均采用C35混凝土。墩顶柱截面尺寸为200cm×300cm (纵×横) , 壁板后100cm, 外轮廓尺寸为800cm×1430cm (纵×横) ;墩底柱截面尺寸为500cm×700cm (纵×横) , 壁板后150cm, 外轮廓尺寸为2100cm×2900cm (纵×横) , 板柱式桥墩截面如图1所示。中间墩截面纵、横向外轮廓尺寸及壁板厚均按1.6抛物线变化确定。主桥的计算模型如图2所示。

2 地震响应计算与分析

2.1 模型的建立

本体系模型有限元分析计算过程采用MIDAS软件中梁单元模拟主墩的柱, 柱间的薄壁板用板单元单元模拟, 板和柱之间用刚性联接, 建立全桥分析模型, 进行动力特性分析。

2.2 边界条件

承台底部完全固结, 墩身柱板固结部分采用刚性梁单元进行连接。

2.3 结构的周期以及频率

结构动力分析的基本任务是研究结构物在动荷载作用下的内力和变形, 为设计安全、经济、适用的结构提供科学依据。结构的地震反应是由地震动特性和结构动力特性两个方面所决定的。结构的动力特性主要包括结构的固有频率、振型、阻尼等。本节主要利用MADIS软件研究了普通剪力墙结构和带缝剪力墙结构在动力特性方面的差异。利用MADIS模态分析对两种模型进行了结构的周期与频率的计算, 其值见表1。

由以上两种结构的频率值可知:普通剪力墙结构的频率要比保温墙模带缝剪力墙结构的稍大, 但是两者相差不多。因此竖缝的存在, 可以在一定程度上降低结构的刚度, 增大结构的自振周期, 但是影响不很显著。由此可见在弹性阶段竖缝对结构的自振频率影响不大。

图3、图4为有缝板和无缝板的板柱式桥墩示意图。

2.4 结构振型

由MADIS模态分析所得到的两种结构的振型如图5、图6所示。

由以上两种结构的频率值可知:无缝剪力墙结构的频率要比带缝剪力墙结构的稍大, 但是两者相差不多。因此竖缝的存在, 可以在一定程度上降低结构的刚度, 增大结构的自振周期, 但是影响并不很显著。由此可见在弹性阶段竖缝对结构的自振频率影响不大。

2.5 弹性时程反应分析

时程反应分析时, 输入的是图7所示的地震波。

无缝柱板式空心墩墩底弯矩剪力和内力时程如图8~图10。有缝柱板式空心墩墩底弯矩剪力和内力时程图如图11~图13。表2为有缝板和无缝板的计算最大位移、弯矩和剪力数据。

3 板单元应力分析

无缝柱板式空心墩和有缝柱板式空心墩的板单元应力分布如图14~图17。

4 结论

由应力分布以及应力大小可以得出, 在板加了缝以后, 其板应力明显集中在缝的两边, 且在同一水平面上的应力增大, 这样更加容易导致板的脆性破裂, 从而令桥墩上的板结构在地震作用下的破坏更容易, 消耗部分的地震能, 同时进一步增加桥墩在地震时的振动周期, 令桥在地震作用下的抗震性能更加优越。