剪力墻截面承載力計算及構(gòu)造設(shè)計
1. 墻肢截面承載力計算
剪力墻截面的設(shè)計，包括墻肢和連梁的承載力計算。在平行于墻面的水平荷載和豎向荷載作用下，墻肢應(yīng)根據(jù)不同的情況，采用各種荷載作用下所得的最不利內(nèi)力組合值，分別按偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件進行正截面承載力和斜截面受剪承載力的設(shè)計。
1) 墻肢正截面承載力計算
試驗分析表明，當(dāng)偏心受壓構(gòu)件發(fā)生大偏心受壓破壞時，受拉區(qū)(h0－1.5x)范圍內(nèi)的縱向鋼筋可以達(dá)到屈服。為簡化計算，在正截面承載力設(shè)計中，可以偏安全，僅考慮這部分縱向分布鋼筋的作用，假定大偏壓時，受拉、受壓端部鋼筋以及在1.5 倍受壓區(qū)范圍之外的受拉區(qū)鋼筋全部屈服；小偏壓時，取端部受壓鋼筋屈服，而受拉分布鋼筋及端部鋼筋均未屈服。計算公式可在一般偏心受壓構(gòu)件計算公式的基礎(chǔ)上，再考慮受拉區(qū)范圍內(nèi)的縱向分布鋼筋的作用來建立。矩形、T 形、I 形偏心受壓剪力墻(如圖4.25 所示)的正截面受壓承載力可按現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010—2002 的有關(guān)規(guī)定計算，也可按下列公式計算(無地震作用組合)。
2) 墻肢偏心受壓斜截面承載力計算
鋼筋混凝土剪力墻偏心受壓時的剪切破壞形態(tài)與受彎構(gòu)件相似。它有三種破壞形態(tài)，即斜拉破壞、斜壓破壞和剪切破壞。對斜拉破壞和斜壓破壞，一般采用構(gòu)造措施來防止，如：剪力墻墻肢內(nèi)水平分布鋼筋必須滿足最小配筋率的要求等。在進行剪力墻設(shè)計時，通過斜截面受剪承載力計算確定墻體的水平分布鋼筋，防止剪切破壞發(fā)生。
3) 偏心受拉剪力墻正截面承載力計算
對于偏心受拉構(gòu)件，當(dāng)為大偏心受拉。此時，可以依照偏心受壓的計算方法：當(dāng)為小偏心受拉，此時剪力墻處于全截面受拉狀態(tài)，可以忽略混凝土的抗拉作用，拉力全部由鋼筋承擔(dān)。在離抗力N較近端，構(gòu)件破壞時縱向鋼筋屈服，而遠(yuǎn)端鋼筋不屈服。
4) 偏心受拉剪力墻斜截面承載力計算
依照剪力墻剪壓破壞時的計算公式，考慮在受拉破壞狀態(tài)時，軸向拉力與軸向壓力作用方向相反，就可以得到剪力墻。
2. 剪力墻構(gòu)造設(shè)計
(1) 剪力墻截面厚度。規(guī)定剪力墻最小厚度的目的是為了保證剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定性能。當(dāng)墻肢平面外有與其相交的剪力墻時，可視為剪力墻的支承。有利于保證剪力平面外的剛度和穩(wěn)定性能。所以在確定墻肢最小厚度時，按層高及無支長度兩者較小值來計算。規(guī)范規(guī)定：在非抗震設(shè)計時，剪力墻最小厚度不應(yīng)小于層高或無支長度的1/25，且大于等于160 mm?？拐鹪O(shè)計時，底部加強區(qū)在一、二級抗震等級時不小于層高或無支長度的1/16，且大于等于200 mm。三、四等級抗震等級時不小于1/20，且大于等于160 mm；其他各層在一、二級抗震等級時，不小于層高或無支長度的1/20，且大于等于160 mm；三、四級抗震等級時應(yīng)不小于1/25，且大于等于160 mm。分隔電梯井或管道井的墻應(yīng)大于等于160 mm。
(2) 混凝土強度等級：剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應(yīng)低于C20；帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級應(yīng)不低于C25。
(3) 一般剪力墻在一、二級抗震的一般部位及三、四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計時，其墻肢端部應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，在一、二級抗震的底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的范圍和縱向鋼筋用量的截面面積AC如圖4.27的陰影部分所示。剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋要求見表4-17。當(dāng)為非抗震設(shè)計時，剪力墻端部應(yīng)按構(gòu)造配置不少于4 Φ12 縱筋，并且應(yīng)沿縱向鋼筋配置不少于Φ6@250 的拉筋。
(4) 為了防止混凝土墻體在受彎裂縫出現(xiàn)后立即達(dá)到極限抗彎承載力，就必須確定豎向分布鋼筋的最小配筋率；同時為了防止斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪拉破壞，就必須規(guī)定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墻的豎向和水平分布筋的配筋率為：一、二、三級抗震等級時不小于0.25%，四級抗震等級及非抗震等級時為0.2%，間距不應(yīng)大于300 mm，直徑不應(yīng)小于8 mm，也不宜大于墻肢厚度的1/10。
(5) 剪力墻豎向分布筋頂部鋼筋應(yīng)錨入屋面板內(nèi)a l 或aE l 。在變截面處，當(dāng)上下截面相差較大時應(yīng)將鋼筋截斷。上層鋼筋應(yīng)伸入下層較厚墻肢內(nèi)1.5 a l 或1.5 aE l 。剪力墻水平分布筋應(yīng)伸入邊緣構(gòu)件頂端，且水平彎折長度≥15d。水平分布鋼筋搭接時，在一、二級抗震等級的加強部位，接頭應(yīng)錯開，每次連接的鋼筋數(shù)量不超過總量的50%。錯開凈距大于等于500 mm。搭接長度不應(yīng)小于1.2 a l 或1.2 aE l 。其他情況的鋼筋可以在同一部位連接。
(6) 剪力墻上開洞的構(gòu)造處理，當(dāng)洞口較小，在整體計算中不考慮其影響時，應(yīng)將切斷的分布鋼筋集中在洞口邊緣補足，以保證剪力墻截面的承載力，且鋼筋直徑不應(yīng)小于12 mm。當(dāng)洞口較大時，應(yīng)按實際情況在洞口兩側(cè)設(shè)置邊緣構(gòu)件，上下設(shè)置連梁處理。
1. 墻肢截面承載力計算
剪力墻截面的設(shè)計，包括墻肢和連梁的承載力計算。在平行于墻面的水平荷載和豎向荷載作用下，墻肢應(yīng)根據(jù)不同的情況，采用各種荷載作用下所得的最不利內(nèi)力組合值，分別按偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件進行正截面承載力和斜截面受剪承載力的設(shè)計。
1) 墻肢正截面承載力計算
試驗分析表明，當(dāng)偏心受壓構(gòu)件發(fā)生大偏心受壓破壞時，受拉區(qū)(h0－1.5x)范圍內(nèi)的縱向鋼筋可以達(dá)到屈服。為簡化計算，在正截面承載力設(shè)計中，可以偏安全，僅考慮這部分縱向分布鋼筋的作用，假定大偏壓時，受拉、受壓端部鋼筋以及在1.5 倍受壓區(qū)范圍之外的受拉區(qū)鋼筋全部屈服；小偏壓時，取端部受壓鋼筋屈服，而受拉分布鋼筋及端部鋼筋均未屈服。計算公式可在一般偏心受壓構(gòu)件計算公式的基礎(chǔ)上，再考慮受拉區(qū)范圍內(nèi)的縱向分布鋼筋的作用來建立。矩形、T 形、I 形偏心受壓剪力墻(如圖4.25 所示)的正截面受壓承載力可按現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010—2002 的有關(guān)規(guī)定計算，也可按下列公式計算(無地震作用組合)。
2) 墻肢偏心受壓斜截面承載力計算
鋼筋混凝土剪力墻偏心受壓時的剪切破壞形態(tài)與受彎構(gòu)件相似。它有三種破壞形態(tài)，即斜拉破壞、斜壓破壞和剪切破壞。對斜拉破壞和斜壓破壞，一般采用構(gòu)造措施來防止，如：剪力墻墻肢內(nèi)水平分布鋼筋必須滿足最小配筋率的要求等。在進行剪力墻設(shè)計時，通過斜截面受剪承載力計算確定墻體的水平分布鋼筋，防止剪切破壞發(fā)生。
3) 偏心受拉剪力墻正截面承載力計算
對于偏心受拉構(gòu)件，當(dāng)為大偏心受拉。此時，可以依照偏心受壓的計算方法：當(dāng)為小偏心受拉，此時剪力墻處于全截面受拉狀態(tài)，可以忽略混凝土的抗拉作用，拉力全部由鋼筋承擔(dān)。在離抗力N較近端，構(gòu)件破壞時縱向鋼筋屈服，而遠(yuǎn)端鋼筋不屈服。
4) 偏心受拉剪力墻斜截面承載力計算
依照剪力墻剪壓破壞時的計算公式，考慮在受拉破壞狀態(tài)時，軸向拉力與軸向壓力作用方向相反，就可以得到剪力墻。
2. 剪力墻構(gòu)造設(shè)計
(1) 剪力墻截面厚度。規(guī)定剪力墻最小厚度的目的是為了保證剪力墻平面外的剛度和穩(wěn)定性能。當(dāng)墻肢平面外有與其相交的剪力墻時，可視為剪力墻的支承。有利于保證剪力平面外的剛度和穩(wěn)定性能。所以在確定墻肢最小厚度時，按層高及無支長度兩者較小值來計算。規(guī)范規(guī)定：在非抗震設(shè)計時，剪力墻最小厚度不應(yīng)小于層高或無支長度的1/25，且大于等于160 mm?？拐鹪O(shè)計時，底部加強區(qū)在一、二級抗震等級時不小于層高或無支長度的1/16，且大于等于200 mm。三、四等級抗震等級時不小于1/20，且大于等于160 mm；其他各層在一、二級抗震等級時，不小于層高或無支長度的1/20，且大于等于160 mm；三、四級抗震等級時應(yīng)不小于1/25，且大于等于160 mm。分隔電梯井或管道井的墻應(yīng)大于等于160 mm。
(2) 混凝土強度等級：剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不應(yīng)低于C20；帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級應(yīng)不低于C25。
(3) 一般剪力墻在一、二級抗震的一般部位及三、四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計時，其墻肢端部應(yīng)設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，在一、二級抗震的底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)約束邊緣構(gòu)件。剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的范圍和縱向鋼筋用量的截面面積AC如圖4.27的陰影部分所示。剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋要求見表4-17。當(dāng)為非抗震設(shè)計時，剪力墻端部應(yīng)按構(gòu)造配置不少于4 Φ12 縱筋，并且應(yīng)沿縱向鋼筋配置不少于Φ6@250 的拉筋。
(4) 為了防止混凝土墻體在受彎裂縫出現(xiàn)后立即達(dá)到極限抗彎承載力，就必須確定豎向分布鋼筋的最小配筋率；同時為了防止斜裂縫出現(xiàn)后發(fā)生脆性剪拉破壞，就必須規(guī)定水平分布筋的最小配筋率。一般剪力墻的豎向和水平分布筋的配筋率為：一、二、三級抗震等級時不小于0.25%，四級抗震等級及非抗震等級時為0.2%，間距不應(yīng)大于300 mm，直徑不應(yīng)小于8 mm，也不宜大于墻肢厚度的1/10。
(5) 剪力墻豎向分布筋頂部鋼筋應(yīng)錨入屋面板內(nèi)a l 或aE l 。在變截面處，當(dāng)上下截面相差較大時應(yīng)將鋼筋截斷。上層鋼筋應(yīng)伸入下層較厚墻肢內(nèi)1.5 a l 或1.5 aE l 。剪力墻水平分布筋應(yīng)伸入邊緣構(gòu)件頂端，且水平彎折長度≥15d。水平分布鋼筋搭接時，在一、二級抗震等級的加強部位，接頭應(yīng)錯開，每次連接的鋼筋數(shù)量不超過總量的50%。錯開凈距大于等于500 mm。搭接長度不應(yīng)小于1.2 a l 或1.2 aE l 。其他情況的鋼筋可以在同一部位連接。
(6) 剪力墻上開洞的構(gòu)造處理，當(dāng)洞口較小，在整體計算中不考慮其影響時，應(yīng)將切斷的分布鋼筋集中在洞口邊緣補足，以保證剪力墻截面的承載力，且鋼筋直徑不應(yīng)小于12 mm。當(dāng)洞口較大時，應(yīng)按實際情況在洞口兩側(cè)設(shè)置邊緣構(gòu)件，上下設(shè)置連梁處理。