框架剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作計(jì)算精編版

1、 5.4 框架剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)的近似計(jì)算方法 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置(第二章) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力與變形特點(diǎn) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的簡(jiǎn)化計(jì)算方法 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計(jì) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求 n后兩部分內(nèi)容分別用框架和剪力墻的設(shè)計(jì)方法。 僅個(gè)別地方略有不同。 框架剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作原理 上部框架幫剪力墻 下部剪力墻幫框架 沿高度變形分布趨向于均勻 剪力墻 框架-剪力墻 框架 框架剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算 協(xié)同工作原理：框架和剪力墻之間相互作用,使得上下部分 的位移分布均衡。 計(jì)算目的：確定框架和剪力墻各承擔(dān)多少內(nèi)力。 條件：平面假設(shè)和無限剛度

2、假設(shè)前提下，只考慮側(cè)移時(shí)剪 力的分配。 方法：按總框架和總剪力墻形成計(jì)算簡(jiǎn)圖，用連續(xù)連桿法 得到微分方程求解。 重點(diǎn)內(nèi)容： n計(jì)算簡(jiǎn)圖； n剛度特征值(相當(dāng)于整體系數(shù)) 框剪結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算是在 結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算之后，框架和 剪力墻計(jì)算之前進(jìn)行的。 計(jì)算目的：所有的框架和所 有的剪力墻各承擔(dān)多少地震 力 框-剪結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算 H1 G1 Gk Hk n F 1 F k F Eknn FF 框剪結(jié)構(gòu)中三種類型的梁 連梁和聯(lián)系梁構(gòu)成總聯(lián)系梁連接方法取決于樓板 B梁首先進(jìn)入塑性，應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)剪弱彎。 連梁 連接剪力墻 聯(lián)系梁 聯(lián)接框架和剪力墻 普通框架梁 框架剪力墻協(xié)同工作 fffwwwfw KFKFF

3、FF 位移相同 fwfw KKand fwfw FFKK 能者多勞 f w f w K K F F However 內(nèi)力不直接按剛度分配 ffww fwfw wwwwfw ffww FFFF FFFFFthatnoticed FFKK KKandKKif 剪力墻內(nèi)力減少框架內(nèi)力增加 5.4.1 簡(jiǎn)化假定及計(jì)算簡(jiǎn)圖 基本假設(shè)： n1、樓板在自身平面內(nèi)的剛度無窮大。 n2、房屋體型規(guī)整，不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 在以上假定之下，框架和剪力墻在同一個(gè)樓層標(biāo) 高處的水平位移相同。因此： 把所有剪力墻綜合在一起形成總剪力墻； 把所有的框架也綜合在一起形成總框架。 樓板和各片剪力墻間所有連梁和框架與剪力墻間 的

4、所有聯(lián)系梁構(gòu)成總聯(lián)系梁 框-剪結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及其分配 計(jì)算結(jié)果及其分配： n總框架的層間剪力再按剛度分給每根柱 n總剪力墻的層間剪力和彎矩分給每片墻 n總聯(lián)系梁的梁端彎矩和剪力分給每根梁 兩類計(jì)算體系絞結(jié)和剛結(jié)體系 根據(jù)框架和剪力墻之間的聯(lián)系情況進(jìn)行劃分： 樓板連接：樓板平面外剛度為零，聯(lián)系為絞結(jié) 樓板聯(lián)系梁連接：聯(lián)系梁(如果剛度較大)對(duì) 剪力墻產(chǎn)生約束彎矩，因而為剛結(jié)連接。 代表5榀框架 代表4片剪力墻 在剪力墻平面內(nèi)，沒有聯(lián)系梁與剪力墻相連。 框架和剪力墻之間只是通過樓板相連。 絞結(jié)體系計(jì)算圖的選擇 代表5榀框架代表2片 剪力墻 此平面外的梁不能 抵抗橫向水平力 剪力墻邊緣構(gòu)件， 不看成框架柱

5、 代表剛性樓蓋，沒有軸向變形 框架和剪力墻間 僅樓板連接 剛結(jié)體系計(jì)算圖的選擇 在剪力墻平面內(nèi)，有聯(lián)系梁把框架與剪力墻相連。 代表5榀框架 連梁兩端 連剪力墻 代表樓板和聯(lián)系梁 計(jì)算簡(jiǎn)圖中不考 慮這4個(gè)剪力墻 剛結(jié)體系計(jì)算圖的選擇 計(jì)算縱向水平荷載時(shí)，圖中的框架梁同時(shí)是聯(lián) 系框架和剪力墻之間的聯(lián)系梁。并且框架和剪 力墻聯(lián)系比較密切。所以考慮成剛結(jié)體系。 4片剪力墻 4榀縱向框架 兩片剪力墻由連梁連接的兩種簡(jiǎn)化方法 簡(jiǎn)化為雙肢剪力墻鉸接 或單墻剛接 連梁很弱 1 連梁較強(qiáng) 計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇的基本方法小結(jié) 1、地震作用在哪方向方向就取哪個(gè)斷面 2、體系分成總框架、總剪力墻、連桿三類構(gòu)件。 3、絞結(jié)體系

6、絞結(jié)連桿，剛結(jié)體系剛性連桿。 4、總剪力墻放在左面或右面沒有關(guān)系。 5、按層數(shù)和框架的跨度繪制簡(jiǎn)圖。 6、簡(jiǎn)化以后，僅僅考慮各總剪力墻、總框架的 剛度，不再考慮它們的截面尺寸。(不是說它們 不應(yīng)該有，而是在計(jì)算中我們不需要。另外各片剪 力墻的厚度也未必相同) 5.4.2 協(xié)同工作的基本原理和剛度特征值 總剪力墻和總框架的抗推剛度計(jì)算： )375( ww f IE C H 各片剪力墻的 等效等效抗彎剛度 hDC f 比較:柱的抗推剛度 剛度特征值 jiF DhC 3, 4,64. 3 1 2 b GAH EI b EI EI q q q eq 協(xié)同工作計(jì)算 墻變成了懸臂梁，它滿足梁方程 普通框架

7、 假設(shè)兩者之間的作用力是連續(xù)而不均勻的 取側(cè)移y為基本未知量 鉸接體系 采用與多 肢墻計(jì)算 類似的連 續(xù)化方法。 兩端鉸接 的連桿不 變形只有 軸力 鉸接體系的微分方程及其通解 根據(jù)以上圖可以建立y的微分方程： 利用邊界條件可以確定4個(gè)待定常數(shù) 根據(jù)不同的荷載形式可以得到對(duì)應(yīng)的特解 剛接體系采用類似的方法求解微分方程不同 均布荷載作用下的最終解 至此已得到內(nèi)力設(shè)計(jì)值。用計(jì)算機(jī)可以方便地 獲得結(jié)果，不一定要用后面的圖解法。 與多肢墻類似，方程中只有兩個(gè)主要參數(shù)一個(gè) 是坐標(biāo)，另一個(gè)是剛度特征值 （多肢墻中是 整體系數(shù)）。 總框架和總剪力墻共同的側(cè)移 總剪力墻的彎矩和剪力 框架和剪力墻的內(nèi)力-補(bǔ)充材

8、料 Wj eqi eqi Wij M EI EI M Wj eqi eqi Wij V EI EI V Fj m i ij ij cij V D D V 1 1、剪力墻的彎矩和剪力 按剪力墻的等效剛度在剪力墻之間進(jìn)行分配 2、框架內(nèi)力 總框架剪力等于外荷載產(chǎn)生的剪力減 去總剪力墻剪力 柱中剪力按抗推剛度分配： 用柱的剪力，再用改進(jìn)反彎點(diǎn)法，可求得梁、柱內(nèi)力 剪力墻剪力： 剪力墻彎矩： WjpjFj VVV 框-剪結(jié)構(gòu)中框架的抗震等級(jí) 抗震規(guī)范6.1.3：若框架部分承受的 地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%， 框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定。 5.4.3 框剪結(jié)構(gòu)位移與內(nèi)力的分布規(guī)律 剛

9、度特征值 是總框架和總剪力墻剛度相對(duì)大小的度量。是總框架和總剪力墻剛度相對(duì)大小的度量。 大小對(duì)框剪內(nèi)力分配、側(cè)移的影響為：大小對(duì)框剪內(nèi)力分配、側(cè)移的影響為： 較小時(shí)較小時(shí)：框架剛度相對(duì)較小、綜合剪力墻承擔(dān)大 部分剪力，變形為彎曲型。 =0為純剪力墻 較大時(shí)較大時(shí)：框架剛度相對(duì)較大、綜合框架承擔(dān)大部 分荷載，變形為剪切型。 =為純框架 =1=16 6時(shí)時(shí)：兩者的比例相當(dāng)，變形曲線為彎剪型。 )375( w f EI C H 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布 Vp (外荷載)Vw (墻中剪力)Vf (框架中剪力) 0 0 不同的特征值：=0(純剪力墻)； =(純框架)；=1-6 剪力的分布特征 框剪結(jié)構(gòu)

10、中: 剪力墻的最大剪力在底部。 框架的最大剪力在結(jié)構(gòu)中部。且最大值的位置 隨值的增大而向下移動(dòng)。 框架和剪力墻頂部剪力不為零。因?yàn)樽冃螀f(xié)調(diào)， 框架和剪力墻頂部存在著集中力的作用(兩者相互 作用的力)。這也要求在設(shè)計(jì)時(shí)，要保證頂部樓蓋 的整體性。 框架的底部剪力為零。此處全部剪力由剪力墻 承擔(dān)。 剪力墻位移與的關(guān)系 頂點(diǎn)位移 頂部 剪力墻中彎矩與的關(guān)系 底部截面 總彎矩 頂部 =0 (純剪力墻) 底部頂部 剪力墻中剪力與的關(guān)系 底部截面 總剪力 絞結(jié)體系： )375( w f EI C H w if EI hmC H / 剛結(jié)體系： 關(guān)于剛度特征值的補(bǔ)充閱讀材料 如果剛度沿高度變化，且變化不大時(shí)

11、，采用加權(quán) 平均利用下式算得的CF和EIw計(jì)算。 總剪力墻抗推 剛度與總框架 抗彎剛度的比 抗推剛度的計(jì)算 注意：各層剛度不同時(shí)按下式取平均值 j j ff jjwwww ww f hC H C hIE H IE IE C H 1 1 )375( 第j層的高度 第j層剪力墻的等效剛度 高規(guī)中規(guī)定的調(diào)幅 1、框架梁(連續(xù)梁)在豎向荷載下的內(nèi)力調(diào)幅（方法 (1) 4.6.5節(jié)）。 2、框-剪結(jié)構(gòu)中框架的內(nèi)力調(diào)整（方法(1) 5.4.4 節(jié)）。 3、框-剪結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻之間的聯(lián)系梁的調(diào)整 （方法(2) 5.4.4節(jié)） 4、聯(lián)肢剪力墻中連梁的調(diào)整（用方法(1)或方法(2) 7.3.1節(jié)）。 兩類調(diào)

12、幅兩類調(diào)幅( (調(diào)整調(diào)整) )的方法的方法 (1)計(jì)算結(jié)果乘以系數(shù): 內(nèi)力乘以系數(shù)(大于1或小于1) (2)計(jì)算中降低桿件剛度：構(gòu)件剛度越小則內(nèi)力愈小。 5.4.4 框-剪結(jié)構(gòu)內(nèi)力的調(diào)幅 1.聯(lián)系梁(兩類梁)彎矩的調(diào)幅 n出現(xiàn)塑性鉸后，聯(lián)系梁的剛度降低。 n設(shè)計(jì)前降低其剛度(最低可為0.5EI) n調(diào)幅后，連梁設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)將減小，因而更容易出現(xiàn) 塑性鉸。 2.框架內(nèi)力的調(diào)整 n理由：地震中，剪力墻剛度降低后，框架受力增加 n方法：限制框架承受剪力不低于底層總剪力的20， 或者不低于某層最大剪力的1.5倍(公式5-41) )415(5 . 12 . 0 max,0 fff VVVV PKPM中的

13、0.2Q0調(diào)整 抗規(guī)6.2.13規(guī)定：“側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻 的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，任一層任一層框架部分的地震剪力， 不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和按框架-抗震 墻結(jié)構(gòu)分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5 倍二者最小值?！?注意：0.2Q0調(diào)整的放大系數(shù)只針對(duì)框架柱的彎矩和 剪力，不調(diào)整軸力。 SATWE數(shù)據(jù)文件：SATINPUT.O2Q中按照樣本格式給出 各樓層調(diào)整系數(shù) )415(5 . 12 . 0 max,0 fff VVVV 考慮扭轉(zhuǎn)后剪力的分配 等于平移(按剛度)分配的結(jié)果乘以扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)。 扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)可能大于1，也可能小于1。 考慮扭轉(zhuǎn)以后，各片結(jié)構(gòu)(墻)的剪力可能增加也可能減小。 關(guān)于扭轉(zhuǎn)問題的討論(P.140) 在水平方向上：距離扭轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)的單元，扭轉(zhuǎn) 修正系數(shù)越大(扭轉(zhuǎn)影響也越大) 在垂直方向上：各層的剛度中心不一定在同一個(gè) 垂直線上，所以各層的扭