《高層建筑結(jié)構(gòu)》PPT課件.pptVIP

第4章 高層建筑結(jié)構(gòu),4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框架剪力墻分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.1.2 結(jié)構(gòu)體系,4.1.1 受力單元,4.1.3 布置原則,4.1.4 尺寸估算,4.1 高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置原則,4.1.1 高層結(jié)構(gòu)的基本受力單元,框架,剪力墻,筒體,落地剪力墻,框支剪力墻,核心筒,框筒,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框架剪力墻分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.1.2 結(jié)構(gòu)體系,4.1.1 受力單元,4.1.3 布置原則,4.1.4 尺寸估算,4.1.2 高層結(jié)構(gòu)體系,框架結(jié)構(gòu)體系,優(yōu)點(diǎn)：布置靈活； 缺點(diǎn)：側(cè)向剛度較小。,北京長(zhǎng)富宮中心26層，90.85m，89年建成。,框架支撐結(jié)構(gòu)體系,剪力墻結(jié)構(gòu)體系,優(yōu)點(diǎn)：側(cè)向剛度大 缺點(diǎn)：布置受限制,廣州白云賓館 33層，112.45米，剪力墻結(jié)構(gòu)，1976年建成，國(guó)內(nèi)首棟百米高層。,北京國(guó)際飯店 1987年建成，27層，底層層高5m，標(biāo)準(zhǔn)值層層高2.9m，總高度104m，剪力墻厚度為200600mm。,上?；▓@飯店34層，123m，89年建成。,框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系,北京民族飯店 59年建成，12層框架剪力墻結(jié)構(gòu)。,上海明天廣場(chǎng) 60層，238m，最高的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，98年建成。,筒體結(jié)構(gòu)體系,框筒結(jié)構(gòu)體系 筒中筒結(jié)構(gòu)體系 束筒結(jié)構(gòu)體系 筒體外伸結(jié)構(gòu)體系,廣東國(guó)際大廈 1990年建成，63層，底層層高4m，標(biāo)準(zhǔn)層3m，總高200.18米。外筒平面尺寸35.1m37m，由24根中柱和4根異形角柱組成；內(nèi)筒為16.8m22.8m的矩形平面，壁厚300700mm。,香港中環(huán)中心廣場(chǎng) 60層，374米，92年建成。,美國(guó)西爾斯大廈 110層，443米，束筒鋼結(jié)構(gòu)，1974年建成。 允許位移900mm，實(shí)測(cè)460mm。 用鋼76000噸，砼55700立方米，安裝了102部高速電梯。,150層,5166層,6790層,91層以上,筒體外伸結(jié)構(gòu)體系,框架筒體結(jié)構(gòu)體系,南京金陵飯店 37層，108米，框架-筒體結(jié)構(gòu)，1983年建成。,廣州中信大廈 37層，322米高，97年建成,上海金茂大夏 1998年建成， 框架部分采用了鋼骨混凝土，88層，總高度達(dá)到421米，是目前中國(guó)最高的建筑。,深圳地王大廈 68層，325m，框架部分為鋼結(jié)構(gòu)，96年建成。,馬來(lái)西亞雙塔樓 88層，450米，框筒結(jié)構(gòu)，1996年建成。,高雄T&C大樓 347.6米,臺(tái)北101 101層，508米，2004年9月完工,巨型框架結(jié)構(gòu)體系,香港匯豐銀行,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框架剪力墻分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.1.2 結(jié)構(gòu)體系,4.1.1 受力單元,4.1.3 布置原則,4.1.4 尺寸估算,4.1.3 高層結(jié)構(gòu)布置原則,一、平面布置,簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)、減小偏心,高寬比超過(guò)限值（表14-5；表14-6）需進(jìn)行整體穩(wěn)定性和抗傾覆驗(yàn)算,底層大空間的落地剪力墻數(shù)量、間距要求,框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻間距（表14-9）,筒體結(jié)構(gòu)的高寬比不宜太小,二、豎向布置,規(guī)則、均勻，避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收。,豎向規(guī)則建筑：,立面局部收緊尺寸不大于該方向總尺寸的25%；,樓層剛度不小于相鄰上層剛度的70%。,對(duì)于底層大開(kāi)間建筑，通過(guò)增加落地墻體的厚度或提高混凝土等級(jí)等措施，使上下層剛度比應(yīng)控制在一定范圍。,三、變形縫設(shè)置,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框架剪力墻分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.1.2 結(jié)構(gòu)體系,4.1.1 受力單元,4.1.3 布置原則,4.1.4 尺寸估算,4.1.4 截面尺寸估算,（根據(jù)變形限制要求）,會(huì)使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損,會(huì)使人感覺(jué)不適,豎向荷載會(huì)產(chǎn)生較大的附加彎矩,4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)分析,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),4.2.1 單榀剪力墻受到的水平荷載,一、空間問(wèn)題的簡(jiǎn)化,樓蓋結(jié)構(gòu)在其平面內(nèi)的剛度為無(wú)限大； 各榀剪力墻主要在其平面內(nèi)發(fā)揮作用。,根據(jù)假定2，可將縱向和橫向剪力墻分開(kāi)考慮。在計(jì)算橫墻受力時(shí)，把縱墻的一部分作為橫墻的翼緣；在計(jì)算縱墻受力時(shí)，把橫墻的一部分作為縱墻的翼緣。,二、剪力墻的抗側(cè)剛度,發(fā)生單位層間位移時(shí)，剪力墻承受的剪力。,三、水平荷載在各榀剪力墻之間的分配,一般情況下，樓蓋在側(cè)向水平荷載作用下將發(fā)生自身平 面內(nèi)的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。但如果水平力通過(guò)某一中心點(diǎn)，則樓 蓋僅發(fā)生移動(dòng)而無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)，這一中心位置稱(chēng)為抗側(cè)剛度中心。,設(shè)抗側(cè)剛度中心在C點(diǎn)，通過(guò)C點(diǎn)建立X、Y直角坐標(biāo)；y方向第i榀剪力墻（抗側(cè)剛度為 ）距y軸的距離為 ；x方向第j榀剪力墻(抗側(cè)剛度為 ）距x軸的距離為,設(shè)樓蓋受到某側(cè)向力 的作用，可以將 分解成平行于坐標(biāo)軸的兩個(gè)分力 、 ，這兩個(gè)分力又可等效為通過(guò)抗側(cè)剛度中心的力 、 及扭矩 。假定 、 與坐標(biāo)方向一致為正，扭矩以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?欲求側(cè)向力 在各榀剪力墻之間的分配，可先求出 、 、 單獨(dú)作用下各榀剪力墻所受的作用，然后疊加。,當(dāng)僅有 單獨(dú)作用時(shí)，樓蓋僅有沿x方向的平移 ，這時(shí)僅考慮x方向的剪力墻參加工作。,將（b）式代入（a）式，得,(14-37a),(a),(b),當(dāng)僅有 作用時(shí)，樓蓋將發(fā)生繞抗側(cè)剛度中心的轉(zhuǎn)動(dòng)，x、y方向的剪力墻都將受力。設(shè)轉(zhuǎn)角為 ，則x方向第j榀剪力墻x方向的側(cè)移為：,(c),y方向第i榀剪力墻y方向的側(cè)移,(d),由力矩平衡條件：,將 代入式(e)、(f)，得,以O(shè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)抗側(cè)剛度中心C點(diǎn)的坐標(biāo)為 、 。在 作用下，樓蓋的側(cè)移為 ，對(duì)O點(diǎn)取矩,將（14-37a）代入，得,(14-35b),四、抗側(cè)剛度中心的確定,(14-37a),4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),(a),(b),(c),(d),4.2.2剪力墻的受力特點(diǎn),試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪力墻上的洞口較小時(shí)（圖 a），剪力墻水平截面內(nèi)的正應(yīng)力接近線(xiàn)性分布，僅在洞口附近局部區(qū)域有應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生，但從整體來(lái)講，洞口對(duì)墻體內(nèi)力的影響可以忽略不計(jì)，這類(lèi)剪力墻稱(chēng)為整截面剪力墻。,如果剪力墻上開(kāi)洞很大，連系梁和墻肢的剛度均較小（圖d ），在側(cè)向荷載作用下，墻肢內(nèi)沿截面高度方向幾乎每層均有一個(gè)反彎點(diǎn)。但由于連系梁和墻肢的截面尺寸比一般的框架梁柱大得多，因而有別于一般框架，這類(lèi)剪力墻稱(chēng)為壁式框架。,當(dāng)剪力墻上開(kāi)洞介于上述兩者之間時(shí)，剪力墻的受力性能也介于(a)、(d)兩者之間。根據(jù)連系梁剛度的大小，這一范圍的剪力墻又可以分為整體小開(kāi)口剪力墻(b)和聯(lián)肢剪力墻(c)兩種。,單榀剪力墻的內(nèi)力分析可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行較精確的有限元分析。從實(shí)用出發(fā)，工程中常采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。常用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法有：,材料力學(xué)方法(適用于整截面剪力墻和整體小開(kāi)口剪力墻),連續(xù)化方法(適用于聯(lián)肢剪力墻),D值法(適用于壁式框架),4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),4.2.3 材料力學(xué)方法,一、內(nèi)力計(jì)算,對(duì)于整截面剪力墻，洞口對(duì)墻肢內(nèi)力分布的影響極小，在水平荷載作用下，墻肢水平截面內(nèi)的正應(yīng)力呈直線(xiàn)分布，可直接應(yīng)用材料力學(xué)公式計(jì)算。,對(duì)于整體小開(kāi)口剪力墻，墻水平截面在受力后基本保持平面，墻肢在水平截面內(nèi)的正應(yīng)力可以看成是剪力墻整體彎曲所產(chǎn)生的正應(yīng)力與墻肢局部彎曲所產(chǎn)生的正應(yīng)力之和。,相應(yīng)地可將總彎距分成整體彎距和局部彎距。在整體彎距下，剪力墻按組合截面彎曲，正應(yīng)力在整個(gè)截面高度按直線(xiàn)分布；在局部彎距下，剪力墻按各個(gè)獨(dú)立的墻肢截面彎曲，正應(yīng)力僅在各墻肢截面高度上直線(xiàn)分布。,則各墻肢分擔(dān)的整體彎矩為：,近似認(rèn)為局部彎矩在各墻肢中按抗彎剛度進(jìn)行分配，則任一墻肢彎矩,各墻肢受到的軸力為：,（14-8）,當(dāng)不考慮軸向變形的影響時(shí)，位移計(jì)算公式為：,二、側(cè)移計(jì)算,外荷載在墻底產(chǎn)生的總剪力；,剪應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，對(duì)于矩形截面， =1.2；,剪力墻的總高度；,考慮洞口影響后剪力墻水平截面的折算面積，,對(duì)于整截面剪力墻：,對(duì)于整體小開(kāi)口剪力墻：,分別為剪力墻水平截面的寬度和高度；,分別為剪力墻的洞口面積和總立面面積；,剪力墻第j墻肢水平截面面積；,考慮開(kāi)洞影響后剪力墻水平截面的折算慣性矩，,對(duì)于整截面剪力墻：,對(duì)于整體小開(kāi)口剪力墻：,剪力墻沿豎向各段水平截面的慣性矩，有洞口時(shí)，扣除洞口。,（14-11）,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),4.2.4.連續(xù)柵片法,對(duì)于聯(lián)肢剪力墻（雙肢或多肢），水平截面上的正應(yīng)力已不再呈一連續(xù)的直線(xiàn)分布，不能再作為單個(gè)構(gòu)件用材料力學(xué)方法計(jì)算。,思路：將每層的連梁連續(xù)化，從而為建立微分方程提供前提條件。,二、微分方程的建立,原結(jié)構(gòu),替代結(jié)構(gòu),基本結(jié)構(gòu),位移由墻肢和連梁的彎曲變形、剪切變形、軸向變形引起?？赏ㄟ^(guò)在切口處加一組方向相反的豎向單位力求得。,將連續(xù)化的連梁從跨中切開(kāi)，此處沒(méi)有彎距。設(shè)截面上的剪力集度為 。根據(jù)幾何相容條件，切口處的豎向相對(duì)位移為零。,向位移由墻肢的彎曲變形引起的 、墻肢軸向變形引起的 、連梁彎曲和剪切變形引起的 組成。,在豎向單位力作用下，連梁內(nèi)沒(méi)有軸力，略去在墻肢內(nèi)產(chǎn)生的剪力，因而在切口處的豎,由連梁的彎曲和剪切變形引起的豎向相對(duì)位移(圖乘法),(c),根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件,將上式對(duì)z微分兩次，得,（d）,代入各種典型荷載下 的表達(dá)式，并對(duì)z微分一次，可得,（e）,墻底處總剪力,（14-15）,由此可求出未知力,（14-18）,三、微分方程的求解,四、內(nèi)力計(jì)算,剪力墻在水平荷載下的側(cè)移由兩部分組成：,五、側(cè)移計(jì)算,三種典型水平荷載下的頂點(diǎn)位移可以表示為：,（14-11）,（14-22）,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),剛域的影響用剛度無(wú)限大的剛臂反映。,4.2.5 壁式框架的D值法,對(duì)于梁：,（14-24a）,對(duì)于柱：,（14-24b）,若算得的剛臂長(zhǎng)度為負(fù)值，則取為零。,一、剛臂長(zhǎng)度的取值,二、帶剛臂桿件的轉(zhuǎn)角位移方程,設(shè)有桿12，總長(zhǎng)為 ，兩端有剛域 和 。,推導(dǎo)當(dāng)其兩端各轉(zhuǎn)動(dòng)一單位角時(shí)，桿端彎距 、 。,先以桿的等截面部分 為脫離體進(jìn)行分析。當(dāng)1、2兩端各有一個(gè)單位轉(zhuǎn)角時(shí)， 、 兩點(diǎn)除了有單位轉(zhuǎn)角外，還有線(xiàn)位移 和 。,與結(jié)構(gòu)力學(xué)的轉(zhuǎn)角位移方程有所不同，由于壁式框架桿截面高度大，應(yīng)考慮剪切變形的影響。,桿端相對(duì)位移 產(chǎn)生的彎距為：,單位桿端轉(zhuǎn)角所產(chǎn)生的桿端彎距為：,以剛臂為脫離體，根據(jù)平衡條件， 得到1、2處的桿端彎距,(14-25),其中,；,；,桿端彎矩之和,四、帶剛臂框架柱的反彎點(diǎn)高度,（14-27）,無(wú)剛臂部分柱與柱總高之比，,標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，可由附表10-1或10-2查得；,上、下層橫梁剛度比對(duì) 的影響，查附表10-3；,上、下層層高變化對(duì) 的影響，查附表10-4。,；,壁式框架的樓層剪力在各柱的分配；柱端彎距的計(jì)算；梁端彎距、剪力的計(jì)算；柱軸力計(jì)算以及框架側(cè)移的計(jì)算方法均與普通框架相同。,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.2.2 受力特點(diǎn),4.2.1 水平荷載分配,4.2.3 材料力學(xué)法,4.2.4 連續(xù)柵片法,4.2.5 壁式框架D值法,4.2.6 剪力墻分類(lèi),4.2.6 剪力墻分類(lèi)判別方法,可見(jiàn)，剪力墻的受力特性與連梁的剛度密切相關(guān)。,一、剪力墻的整體性系數(shù),雙肢墻考慮墻肢軸向變形的整體性系數(shù)：,其中,；,對(duì)于多肢墻， 可表示為：,；,令 ，為墻肢軸向變形影響系數(shù)。,對(duì)于雙肢墻,如果兩個(gè)墻肢的面積相同，即,(14-4),多肢墻,雙肢墻,對(duì)于多肢墻，可?。?34肢時(shí)，0.8；57肢時(shí)0.85；8肢以上0.9。,(d),(b),的限值：,二、剪力墻的分類(lèi)判別條件,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.3.2 鉸接體系基本方程,4.3.1 簡(jiǎn)化分析模型,4.3.3 剛接體系基本方程,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,4.3.5 框剪工作性能,4.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)分析,4.3.1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析模型,一、空間問(wèn)題的簡(jiǎn)化,在豎向荷載下，框架和剪力墻各自承擔(dān)負(fù)荷范圍內(nèi)的樓面荷載，內(nèi)力計(jì)算比較簡(jiǎn)單；在水平荷載作用下，框架和剪力墻由于樓蓋的聯(lián)結(jié)作用而協(xié)調(diào)變形，共同工作，其受力特點(diǎn)既不同于單榀框架，也有別于單榀剪力墻。,樓蓋結(jié)構(gòu)在其平面內(nèi)的剛度為無(wú)限大，平面外剛度可忽略不計(jì)； 水平荷載的合力通過(guò)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度中心； 框架與剪力墻的剛度特征值沿結(jié)構(gòu)高度為常量。,基本假定,由前兩條假定可以推斷：在側(cè)向荷載作用下，結(jié)構(gòu)僅有沿荷載方向的位移，在同一樓層標(biāo)高處，各榀框架和各榀剪力墻的側(cè)移值是相等的。,于是：可以將所有的框架等效成綜合框架；將所有的剪力墻等效成綜合剪力墻。,將綜合框架和綜合剪力墻放在同一平面進(jìn)行分析，而在綜合框架與綜合剪力墻之間用軸向剛度為無(wú)限大的連桿（鉸接體系）或連梁（剛接體系）相連接。,框架剪力墻鉸接體系與剛接體系,框架剪力墻鉸接體系,剛度特征,綜合剪力墻的抗彎剛度等于各榀剪力墻等效抗彎剛度之和：,綜合框架的抗側(cè)剛度等于各榀框架抗側(cè)剛度之和：,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.3.2 鉸接體系基本方程,4.3.1 簡(jiǎn)化分析模型,4.3.3 剛接體系基本方程,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,4.3.5 框剪工作性能,為了計(jì)算側(cè)向荷載在綜合框架和綜合剪力墻之間的分配，將剛性連桿沿高度方向連續(xù)化，切開(kāi)后用等代分布力 代替。,4.3.2 框架剪力墻鉸接體系的基本方程,計(jì)算模型,基本結(jié)構(gòu),脫離后的綜合剪力墻可看成受側(cè)向分布荷載 作用下的懸臂構(gòu)件，由材料力學(xué)可得：,（a）,根據(jù)綜合框架抗側(cè)剛度的定義,（b）,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.3.2 鉸接體系基本方程,4.3.1 簡(jiǎn)化分析模型,4.3.3 剛接體系基本方程,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,4.3.5 框剪工作性能,4.3.3 框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛接體系的基本方程,將綜合連梁連續(xù)化，切開(kāi)后所加的等效力除了軸向分布力 外，還有分布剪力 。,計(jì)算模型,基本結(jié)構(gòu),脫離后的綜合剪力墻，由于綜合連梁內(nèi)分布剪力 的作用，將存在沿豎向分布的線(xiàn)力矩 。,由式（4-35），單根連梁的桿端約束彎矩：,（e）,對(duì)于綜合框架，近似忽略 的作用，因而仍有,（d）,（4-41b）,（c）,將（c）、（d）代入（e）,（4-42）,其中,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.3.2 鉸接體系基本方程,4.3.1 簡(jiǎn)化分析模型,4.3.3 剛接體系基本方程,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,4.3.5 框剪工作性能,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,四階常系數(shù)線(xiàn)性微分方程，其解包括：相應(yīng)齊次方程的通解和一個(gè)特解。,三種典型水平荷載下，微分方程的特解可表示為,1. 求解,齊次方程的特征方程為：,齊次方程的通解：,結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)角為零，即,結(jié)構(gòu)底部位移為零，即,結(jié)構(gòu)頂部綜合剪力墻彎矩為零，即,結(jié)構(gòu)頂部的總剪力，,其中,可得到，,(4-45),均布荷載,倒三角分布荷載,頂點(diǎn)集中荷載,求得側(cè)移 后，根據(jù)彎距與位移的關(guān)系 可求得綜合剪力墻彎距,（4-46）,2. 綜合剪力墻彎矩,（4-47）,3. 綜合剪力墻名義剪力,根據(jù)彎距與剪力的關(guān)系 可求得綜合剪力墻名義剪力,圖4-28、4-29、4-30分別繪制了三種典型荷載下， 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移 、綜合剪力墻的彎距 、綜合剪力墻的名義剪力 與結(jié)構(gòu)剛度特征值 的關(guān)系。表中采用的自變量為 ，應(yīng)變量分別為：,為外荷載作用于純剪力墻結(jié)構(gòu)（ ）時(shí)，頂點(diǎn)側(cè)移值；,為外荷載作用于純剪力墻結(jié)構(gòu)（ ）時(shí)，基底總彎距；,為外荷載作用于純剪力墻結(jié)構(gòu)（ ）時(shí)，基底總剪力。,4. 計(jì)算圖表,5. 綜合剪力墻、綜合框架剪力，綜合連梁約束彎矩,=,（4-50),（4-51),對(duì)于鉸接體系只需取,6. 單榀框架、單榀剪力墻和單根連梁的內(nèi)力計(jì)算,單榀剪力墻的內(nèi)力按剪力墻的等效抗彎剛度進(jìn)行分配；,單榀框架的 內(nèi)力按框架的抗側(cè)剛度進(jìn)行分配；,單根連梁的內(nèi)力按連梁的約束剛度進(jìn)行分配。,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.3.2 鉸接體系基本方程,4.3.1 簡(jiǎn)化分析模型,4.3.3 剛接體系基本方程,4.3.4 內(nèi)力和位移計(jì)算,4.3.5 框剪工作性能,自頂層向下，層間位移越來(lái) 越大，呈上凹形，與懸臂梁 的剪切變形曲線(xiàn)類(lèi)似。故稱(chēng) “剪切型”,自底層向上，位移增量 越來(lái)越大，呈下凹形， 與懸臂梁的彎曲變形曲 線(xiàn)類(lèi)似。故稱(chēng)“彎曲型”,4.3.5 框架與剪力墻的共同工作性能,一、結(jié)構(gòu)的側(cè)移特性,由于樓蓋的剛性連接作用，兩者的變形必須協(xié)調(diào)，稱(chēng)“彎剪型。具體形狀隨剛度特征值 而變化：當(dāng) 較小時(shí)，側(cè)移曲線(xiàn)較接近剪力墻結(jié)構(gòu)；當(dāng) 較大時(shí)，側(cè)移曲線(xiàn)較接近框架結(jié)構(gòu)。,二、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布特征,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.4.2 鋼骨砼剪力墻,4.4.1 砼剪力墻,墻肢按偏心受力構(gòu)件進(jìn)行正截面和斜截面計(jì)算；由于樓蓋的作用，連梁內(nèi)的軸力可忽略不計(jì)，按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。,剪力墻在豎向荷載和水平荷載作用下，墻肢和連梁內(nèi)將產(chǎn)生軸力、彎距和剪力。,墻肢,連梁,正截面承載力計(jì)算,斜截面承載力計(jì)算,正截面承載力計(jì)算,斜截面承載力計(jì)算,設(shè)計(jì)內(nèi)容,當(dāng)內(nèi)力組合包括地震作用時(shí)，承載力除以抗震承載力調(diào)整系數(shù)。,4.4.1 混凝土剪力墻設(shè)計(jì),一、墻肢正截面承載力計(jì)算,與一般偏心受力構(gòu)件不同，墻肢內(nèi)除了端部集中配筋外，一般還有分布鋼筋。,大偏心受壓,小偏心受壓,大偏心受拉,剪力墻不允許發(fā)生小偏拉破壞！,簡(jiǎn)化假定：離受壓邊緣為 1.5x范圍以外的受拉分布筋達(dá)到 ，略去其余分布筋的作用。,（14-33）,（14-35）,當(dāng)墻肢截面為T(mén)型或I形時(shí)，可參照相應(yīng)的偏壓構(gòu)件列出計(jì)算公式，對(duì)分布筋的處理方法與矩形截面相同。,設(shè)計(jì)時(shí)一般先假定分布筋 ，于是利用式（14-33）可求出壓區(qū)高度 x 及端部鋼筋 ：,2.小偏心受壓,簡(jiǎn)化假定：不考慮分布筋的作用。,墻肢小偏心受壓的計(jì)算公式與 小偏心柱相同，即,（14-36）,簡(jiǎn)化假定：離受壓邊緣為 1.5x范圍以外的受拉分布筋達(dá)到 ，考慮其作用；略去其余分布筋的作用。,（14-37）,3.大偏心受拉,斜截面破壞形態(tài)：,斜拉破壞（通過(guò)限制墻肢內(nèi)分布鋼筋最小配筋率來(lái)避免）,斜壓破壞（通過(guò)限制截面剪壓比來(lái)避免）,剪壓破壞（建立計(jì)算公式）,二、墻肢斜截面承載力計(jì)算,1.剪力設(shè)計(jì)值的確定,為保證墻肢塑性鉸不過(guò)早發(fā)生剪切破壞，應(yīng)使墻肢截面的受剪承載力大于其受彎承載力。在墻肢底部H/8范圍內(nèi)，剪力設(shè)計(jì)值,試驗(yàn)表明：,反復(fù)荷載下，斜截面承載力比單調(diào)加載降低1520%。,（14-38）,2.偏心受壓,無(wú)地震作用組合：,有地震作用組合：,I形或T形截面的全截面積和腹板面積；,與剪力設(shè)計(jì)值對(duì)應(yīng)的軸力設(shè)計(jì)值，,同一水平截面內(nèi)水平分布筋的截面積和設(shè)計(jì)強(qiáng)度；,計(jì)算截面處的剪跨比，,；,。,（14-39）,無(wú)地震作用組合：,有地震作用組合：,3.偏心受拉,當(dāng)?shù)忍?hào)右邊第1項(xiàng)小于零時(shí)，取等于零。,三、連梁的正截面承載力計(jì)算,當(dāng)跨高比大于5時(shí)，正截面承載力按一般受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算；,當(dāng)連系梁的跨高比不大于5時(shí)，正截面承載力按深受彎構(gòu)件計(jì)算：,（14-59）,（14-60）,截面的有效高度，當(dāng)跨高比不大于2時(shí)，跨中截面取 支座截面取 ；當(dāng)跨高比大于2時(shí)，按受拉區(qū)縱向鋼筋合力點(diǎn)至受拉邊緣的實(shí)際距離取用。,時(shí)，,x截面受壓區(qū)高度，計(jì)算方法同一般受彎構(gòu)件，但當(dāng) 時(shí)，?。?（14-61）,（14-41）,跨高比大于5時(shí)，按一般受彎構(gòu)件計(jì)算；,四、連梁的斜截面承載力計(jì)算,跨高比不大于5時(shí)，按下式計(jì)算：,剪壓比； 軸壓比； 配筋率。,五、構(gòu)造,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.4.2 鋼骨砼剪力墻,4.4.1 砼剪力墻,一、概述,4.4.2 鋼骨混凝土剪力墻設(shè)計(jì),剪力墻周邊有梁和鋼骨混凝土柱的剪力墻稱(chēng)為帶邊框剪力墻；周邊沒(méi)有梁、柱的稱(chēng)為無(wú)邊框剪力墻。,試驗(yàn)表明，由于端部設(shè)置了鋼骨，無(wú)邊框剪力墻的受剪承載力大于普通鋼筋混凝土剪力墻。,混凝土剪力墻中設(shè)置鋼骨可以很好地解決鋼梁或鋼骨混凝土梁與剪力墻的連接問(wèn)題。,鋼骨混凝土剪力墻中連梁的截面設(shè)計(jì)方法與混凝土剪力墻相同。,二、正截面承載力計(jì)算,1.偏心受壓,對(duì)于墻肢內(nèi)的分布鋼筋，采用與普通混凝土剪力墻相同的近似假定，即離受壓區(qū)邊緣1.5x范圍以外的受拉鋼筋達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，忽略其余分布筋的作用。,適用條件：,（4-65）,（4-66）,當(dāng),屬小偏心，不考慮分布筋的作用。,（4-67）,無(wú)邊框墻：,鋼骨砼剪力墻的斜截面受剪承載力由端柱與鋼筋砼腹板兩部分構(gòu)成。,三、斜截面承載力計(jì)算,剪力墻中鋼筋砼腹板部分的受剪承載力，同普通砼剪力墻；,（4-69a）,（4-69b）,無(wú)邊框剪力墻中鋼骨部分的受剪承載力， 無(wú)地震作用組合時(shí)，取,有邊框墻：,有地震作用組合時(shí)，取,鋼骨混凝土邊框柱的受剪承載力考慮柱內(nèi)混凝土、箍筋、鋼骨的貢獻(xiàn)及軸向壓力的有利影響。,（4-70）,；當(dāng) 時(shí)，取,當(dāng)剪力設(shè)計(jì)值包含地震組合時(shí)，式（4-70）右邊乘以0.8，除以承載力抗震調(diào)整系數(shù) 。,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.5.2 簡(jiǎn)化分析方法,4.5.1 受力特點(diǎn),4.5 筒體結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)介,4.5.1 筒體結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn),整個(gè)截面變形基本符合平截面假定。水平荷載下，不僅腹板參與工作，翼緣也完全參與工作。,一、實(shí)腹筒,剪力墻既承受彎矩又承受剪力作用；而筒體的彎矩主要由翼緣承擔(dān)，剪力主要由腹板承擔(dān)。,當(dāng)筒體高寬比小于1時(shí)，側(cè)移以剪切變形為主，位移曲線(xiàn)呈剪切型； 當(dāng)高寬比大于4時(shí)，側(cè)移以彎曲變形為主，位移曲線(xiàn)呈彎曲型； 當(dāng)高寬比介于14之間時(shí)，側(cè)向位移曲線(xiàn)介于剪切型與彎曲型之間。,二、框筒,普通框架僅考慮平面內(nèi)的承載能力和剛度，而忽略平面外的作用；,框筒結(jié)構(gòu)的水平剪力主要有腹板框架承擔(dān)，整體彎矩則主要有一側(cè)受拉，另一側(cè)受壓的翼緣框架承擔(dān)。,框筒的腹板框架和翼緣框架在角區(qū)附近的應(yīng)力大于實(shí)腹筒體，而在中間部分的應(yīng)力均小于實(shí)腹筒體，這種現(xiàn)象稱(chēng)為剪力滯后。,4.5 筒體結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu),4.1 體系與布置,4.2 剪力墻分析,4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì),4.3 框剪分析,4.6 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),4.5.2 簡(jiǎn)化分析方法,4.5.1 受力特點(diǎn),4.5.2 簡(jiǎn)化分析方法,假定翼緣框架中部若干柱不承擔(dān)軸力，而其余柱構(gòu)成的截面符合平截面假定。,等效槽形截面的有效寬度b取以下三種情況的最小值：框筒腹板框架全寬B的1/2；框筒翼緣框架全寬L的1/3；框筒總高度H的1/10。,將雙槽形作為整