框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算 2 框架_剪力墻 第1頁(yè)/共36頁(yè) 3 第2頁(yè)/共36頁(yè) 4 第3頁(yè)/共36頁(yè) 5 框架_剪切形 剪力墻_彎曲形 框架-剪力墻_彎 曲-剪切形 第4頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-66 一、框架剪力墻結(jié)構(gòu)的變形與受力特征 對(duì)比： 框架剪切型層剪力按照D值分配 剪力墻彎曲型層剪力按照EI值分配 框剪彎剪型層剪力按照？分配 第5頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-67 在下部：剪力墻幫框架受剪框架底部剪力減少 在上部：框架幫剪力墻受剪框架頂部剪力加大 框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架， 其所受剪力以及層間變形趨于均勻化 第6頁(yè)/共36頁(yè) 8 第

2、7頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-69 四、兩種計(jì)算簡(jiǎn)圖 根據(jù)總剪力墻與總框 架之間的聯(lián)系性質(zhì)， 框架剪力墻結(jié)構(gòu) 的計(jì)算簡(jiǎn)圖可分為 兩類(lèi) 鉸結(jié)體系與剛結(jié)體系 （1）通過(guò)樓板聯(lián)系 簡(jiǎn)化為鉸結(jié)連梁， 形成鉸結(jié)體系 總剪力墻 總框架 第8頁(yè)/共36頁(yè) 10 第9頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-611 1、總剪力墻及總框架的剛度計(jì)算 總剪力墻抗彎剛度 ， 為每片墻的等效 抗彎剛度 總框架抗推剛度 ，表示產(chǎn)生單位層間角位移 所需的推力，如下圖所示 eqw EIEI eq EI DhCF 框架抗剪剛度 框架的D值 第10頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-612 2、微分方程的建立 力（荷載）平衡條件： 變形協(xié)調(diào)條件 F

3、Pw Fw VVV PPP yyy Fw Hx EICH WF / / 第11頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-613 力與變形關(guān)系 剪力墻 框架 ww M dx yd EI 2 2 w w w w w w P dx yd EI V dx yd EI 4 4 3 3 F F FF F FF P dx yd CV dx dy CC 2 2 第12頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-614 上式聯(lián)立，經(jīng)整理可得 WW F EI xP dx yd EI C dx yd)( 2 2 4 4 引入 Hx EICH WF / / （稱(chēng)為剛度特征值） )( 4 2 2 2 4 4 P EI H d yd d yd W 則

4、得 第13頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-615 由上式可解出結(jié)構(gòu)的側(cè)移y，并由此求出： d dy H C dx dy CVVVV d yd H EI dx yd EIV d yd H EI dx yd EIM F FFWPF W WW W WW 或 3 3 33 3 2 2 22 2 第14頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-616 3、計(jì)算圖表的應(yīng)用 （1）根據(jù)荷載形式（有三種）、剛度特征值和高度坐標(biāo)查 圖表得系數(shù) P189 0 0 / )( / )( / )( VV MM fy WV Wm Hy （2）根據(jù)荷載形式按懸臂桿計(jì)算頂點(diǎn)側(cè)移fH，底截面彎矩M0和 底截面剪力V0 （3）計(jì)算結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移y、

5、總剪力墻彎矩Mw和剪力VW以及總框 架剪力VF 0 MM fyyy mW HyFW WPF VW VVV VV 0 第15頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-617 剛結(jié)體系與鉸結(jié)體系的主要區(qū)別在于：總剪力墻與總框架 之間的連梁對(duì)墻肢有約束彎矩。即連梁切開(kāi)后，除軸力外， 還有剪力，將剪力向墻肢截面形心取矩，并沿高度連續(xù)化， 便形成分布的約束彎矩 m（x），如圖。即連梁對(duì)墻肢具 有約束作用 第16頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-618 1、剛結(jié)連梁對(duì)墻肢端約束彎矩m(x)的計(jì)算 剪力墻與框 架間的連梁 剪力墻之 間的連梁 剛域取法和連梁 約束彎矩系數(shù)參 照壁式框架 第17頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-619

6、（1）兩端有剛域的約束彎矩系數(shù)（連梁兩端均為剪力墻） l EI ba ba m 6 )1)(1 ( 1 3 12 l EI ba ba m 6 )1)(1 ( 1 3 21 （2）另一端有剛域的約束彎矩系數(shù)（連梁一端為剪力墻，另 一端為框架） l EI a a m 6 )1)(1 ( 1 3 21 2 12 lGA EI 第18頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-620 （3）當(dāng)轉(zhuǎn)角為(x)，同一層有n個(gè)剛結(jié)點(diǎn)，并沿層高h(yuǎn)離散使 之連續(xù)化，則總線約束彎矩為 n i abi x h m xm 1 )()( mmkN/ 鋼結(jié)連梁的約束彎矩使剪力墻x截面產(chǎn)生的彎矩為： dx dm dx dV P m dx

7、dM V mdxM m m m m H x m 相應(yīng)的剪力(等代剪力)： 相應(yīng)的荷載(等代荷載)： 鋼結(jié)連梁的約 束彎矩所分擔(dān) 的剪力和荷載 第19頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-621 2、微分方程的建立（與鉸結(jié)體系相仿） 2 2 4 4 3 3 2 2 )( )( dx yd h m PP dx dm P dx yd EI mV dx yd EI M dx yd EI abi FWW WW WW FF V dx dy C FF P dx yd C 2 2 第20頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-622 經(jīng)整理可得 No Image 引入 )( / /( )( / 4 2 2 2 4 4 2 2 4

8、4 P EI H d yd d yd Hx EI h m CH EI xP dx yd EI hmC dx yd W W abi F WW abiF ） 則得 第21頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-623 比較鉸結(jié)體系 （1）微分方程相同，因此鉸結(jié)體系中微分方程的解及圖表對(duì)剛 結(jié)體系均適用 （2）值的計(jì)算不同 （3）剛結(jié)體系的 相當(dāng)于鉸結(jié)體系的 ，因此 剪力計(jì)算兩者不同，即 用圖表得： 由平衡條件： )(xmVW W V 0 VV VW 鉸結(jié)體系 WW VV 剛結(jié)體系 )(xmVV WW FWFWFWP VVVmVVVV 式中 WPFF VVVmV：稱(chēng)為框架廣義剪力 F V 第22頁(yè)/共36頁(yè) 2

9、021-8-624 3、計(jì)算步驟 (1)由荷載形式、查圖表，得系數(shù) (2)按懸臂桿計(jì)算 (3)位移與內(nèi)力 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移 總剪力墻總彎矩 總框架廣義剪力 總框架總剪力 總連梁總約束彎矩 總剪力墻總剪力 vmy 、 00 VMfH、 Hy fy 0 MM mW 0 VVVVV vPWPF F abiF F F V hmC C V / F abiF abi V hmC hm m / / FPW VVV 第23頁(yè)/共36頁(yè) 25 第24頁(yè)/共36頁(yè) 26 第25頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-627 問(wèn)題：求出總剪力墻、總框架、總連梁的內(nèi)力后，如何計(jì)算 各墻肢、框架梁、框架柱及連梁的內(nèi)力 1、剪力墻的內(nèi)力

10、 按各片墻的等效抗彎剛度 分配總剪力墻的總內(nèi)力，即 eq EI Wj eqi eqi Wji M EI EI M Wj eqi eqi Wji V EI EI V 第26頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-628 2、框架梁柱的內(nèi)力 按照各柱的抗側(cè)剛度D值分配總框架的總剪力VF，并取各樓 層上、下兩層樓板標(biāo)高處的VF的平均值作為該層柱中點(diǎn)（反 彎點(diǎn)）的剪力，據(jù)此剪力按平衡條件再求梁柱的其他內(nèi)力， 各層柱中點(diǎn)的剪力為 2 1 FjFj ji ji cji VV D D V 為了保證框架的安全，高規(guī)規(guī)定： VF應(yīng)不小于0.2V0；對(duì) VF0.2V0樓層，設(shè)計(jì)時(shí)取1.5 和0.2V0的較小值，其 中V0為地

11、震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)底部總剪力， 為各層框架 部分承擔(dān)的總剪力中的最大值 FV max, FV max, 第27頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-629 3、連梁的內(nèi)力 按連梁的剛結(jié)端剛度系數(shù)分配總連梁的總約束彎矩，得連 梁在墻肢軸線處的彎矩 2 1 jj j abi abi abi hh m m m m 再求連梁剪力及連梁在墻邊處彎矩 lMMVbj/ )( 2112 2/ 02112 lVMM bbb 墻肢轉(zhuǎn)角相同，連梁反彎點(diǎn)在跨中點(diǎn) 第28頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-630 1、剛度特征值對(duì)框架結(jié)構(gòu)受力和位移特征的影響 剛度特征值，反映了框架抗推剛度（包括連梁約束 剛度）與剪力墻抗彎剛度的比值影響。

12、當(dāng)0時(shí)即 為純剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)即為純框架結(jié)構(gòu) (1)位移曲線 6時(shí)，變形曲線呈剪切形 16時(shí)，變形曲線呈彎剪型（或反S型） 第29頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-631 (2)剪力分配 0 6 0 沿高度 不成一定比例 在底部：剪力墻的剪力最大，框架的剪力為0(近似計(jì)算造成) 在上部：剪力墻出現(xiàn)負(fù)剪力，而框架承擔(dān)的剪力比外荷載產(chǎn)生 的剪力還要大 在頂部：剪力墻與框架的剪力都不等于0 圖q圖V圖 W V圖 F V WF VV / 第30頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-632 (3)水平荷載分配 對(duì)剪力 和 微分后可得荷載 和 。 在底部：剪力墻所受的荷載 比外荷載 大，而框架 承受反向荷載； 在頂部：剪

13、力墻與框架有大小相等、方向相反的集中力， 這是由于它們的頂部剪力不等于0的緣故 圖 W P圖 F P W P F P W V F V W P P P 第31頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-633 2、框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 框剪結(jié)構(gòu)容易滿足平面布置靈活和有較大抗側(cè)剛度的要求。 此外，由于框架與剪力墻協(xié)同工作，使框架層剪力分布， 從底到頂趨于均勻（與純框架結(jié)構(gòu)中，框架層剪力上小下 大不同），這對(duì)框架的設(shè)計(jì)十分有利框架柱和梁的斷面 尺寸和配筋可以上下比較均勻 由此可以看出三個(gè)值得注意的問(wèn)題： （1）純框架設(shè)計(jì)完畢后，如果又增加了一些剪力墻（例如電梯 井，樓梯井等改成剪力墻），就必須按框架剪力墻結(jié)構(gòu) 重新核算 （2）剪力墻與框架協(xié)同工作的基本條件是：傳遞剪力的樓板必 須有足夠的整體剛度。因此框剪結(jié)構(gòu)的樓板應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn) 澆樓面結(jié)構(gòu)，剪力墻的最大間距不能超過(guò)規(guī)定限值 第32頁(yè)/共36頁(yè) 2021-8-634 （3）框架結(jié)構(gòu)中剪力墻的容量 剪力墻數(shù)量多，地震震害減輕，多設(shè)剪力墻可以提高建筑 物抗震性能。但是剪力墻數(shù)量