【精品結(jié)構(gòu)設(shè)計知識】框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計主要思路

1、我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除【精品結(jié)構(gòu)設(shè)計知識】框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計主要思路框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計主要思路框架- -剪力墻結(jié)構(gòu)，俗稱為框剪結(jié)構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)是框架，由梁柱構(gòu)成，小 部分是剪力墻。墻體全部采用填充墻體，由密柱高梁空間框架或空間剪力 墻所組成，在水平荷載作用下起整體空間作用的抗側(cè)力構(gòu)件。適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑?？蚣艚Y(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)和剪力 墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側(cè)力性能?？蚣艚Y(jié)構(gòu)中的剪力墻可以單獨(dú)設(shè)置，也可以利用電梯井、樓梯間、管道井等墻體。因此，這種結(jié)構(gòu)

2、已被廣泛地應(yīng)用于各類房屋建筑?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的變形為剪彎型眾所周知，框架結(jié)構(gòu)的變形是剪切型，上部層間相對變形小，下部層間相 對變形大。剪力墻結(jié)構(gòu)的變形為彎曲型，上部層間相對變形大，下部層間 相對變形小。對于框剪結(jié)構(gòu)，由于兩種結(jié)構(gòu)協(xié)同工作變形協(xié)調(diào)，形成了彎剪變形，從而減小了結(jié)砍的層間相對位移比和頂點(diǎn)位移比，使結(jié)構(gòu)的側(cè) 向剛度得到了提高。一、水平荷載主要由剪力墻承受從受力特點(diǎn)看，由于框剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻側(cè)向剛度比框架的側(cè)向剛度大得 多，在水平荷 載作用下，一般情況下，約 80%80%以上用剪力墻來承擔(dān)。因 此，使框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下所分配的樓層框架剪力墻結(jié)構(gòu)兼具了框架布置靈活、延性好和剪力墻剛度大的優(yōu)

3、點(diǎn)，二者通過水平剛度較大的樓蓋協(xié)同工作，在水平作用下呈彎剪型位移曲線，層間變形趨于均勻， 比純框我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除架結(jié)構(gòu)側(cè)移小，非結(jié)構(gòu)性破壞輕，其中剪力墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件，框架起到二級防線 作用，比剪力墻體系延性好，布置靈活。因此，框剪 結(jié)構(gòu)是一種抗剪性能較好的結(jié)構(gòu)體系。但由于剪力墻和框架的層間位移角 彈性極限值相差很遠(yuǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇強(qiáng)烈地震時，剪力墻在其底部首先越過 彈性變形階段出現(xiàn)裂縫進(jìn)而屈服，在出鉸部位剛度大幅降低，剛度沿豎向 發(fā) 生突變，在塑性鉸區(qū)發(fā)生塑性轉(zhuǎn)動，從而帶動上部的墻體發(fā)生剛體位 移，再加上彎曲變形，頂部側(cè)移激

4、增，給與之相連的框架施加了很大的附 加剪力。而此刻結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移角還遠(yuǎn)小于框架的彈性變形值，框架尚未充分發(fā)揮其自身的水平抗力。剪力墻和框架之間剛度比值的變化也會引起地震作用的重新分配，增加了框架的負(fù)擔(dān)，使得框架的延性降低，無 法有效地 擔(dān)當(dāng)起二道防線的作用。另外，框剪結(jié)構(gòu)多用于10102525 層左右的商住樓，根據(jù)工程設(shè)計實踐，這一類層數(shù)的房屋自振周期大都在0.70.71.7s1.7s，與某些地區(qū)的地震卓越周期較接近。如 19851985 年墨西哥太平洋岸的 8.18.1 級地震，共有 164164 幢 6 62020 層的房屋倒塌，其中倒塌率最高 是 10101515 層的建筑，而 5 5

5、層以下和 2525 層以上的破壞較輕。 在 19751975 年 我國海城地震、1971977 7年羅馬尼亞的弗蘭恰地震 （卓越周期 1.4s?1.4s?） 中， 倒 塌最多的也是十幾層的建筑物。當(dāng)樓層多于 1414 層時，地震力的大小和破壞率都有一個明顯的陡然增大的趨勢。因此，采取一些經(jīng)濟(jì)實用的方法 來改善框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能，提高結(jié)構(gòu)的可靠度就顯得尤為必要。結(jié)構(gòu)控制理論為多種建（構(gòu)）筑物的抗震設(shè)計提供了一條有效可行的新途徑。二、改善框剪結(jié)構(gòu)抗震性能的有關(guān)措施綜述結(jié)構(gòu)控制理論將結(jié)構(gòu)的彈塑性分析與抗震相結(jié)合、抗震與消震相結(jié)合、能 動控制我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以

6、下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除與設(shè)計 相結(jié) 合，通過主動或被動的控制措施，調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和質(zhì)量分布，控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最佳耗能機(jī)構(gòu)， 以增大結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力， 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對地震作用下強(qiáng)迫變形的適應(yīng)能力，使其滿足抗震設(shè)防三水準(zhǔn)要求。抗震結(jié)構(gòu)按兩階段設(shè)計，即在彈性階段按強(qiáng)度控制，在彈 塑 性階段按變形控制。這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)，既有一定的強(qiáng)度，又具有較大 的延性和耗能能力，能 一定程度地適應(yīng)強(qiáng)烈地震使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)迫變形。三、提高剪力墻抗震性能1 1、 將剪力墻做成四周有梁柱的帶邊框墻。邊框（明框和暗框）可阻止斜裂縫向相鄰發(fā)展，還可在墻板破壞后作承重構(gòu)件代替墻板承重且有一定延性。邊框應(yīng)具有足夠的斜截面受剪承

7、載力，以承擔(dān)因墻身通裂對邊框梁柱引起的附加剪力。2 2、控制每肢墻的高寬比。必要時可設(shè)結(jié)構(gòu)洞口或結(jié)構(gòu)豎縫使變成雙肢墻或多肢墻，可控 制裂縫和屈服部位出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫和洞口連梁處，形成耗能機(jī)構(gòu)， 同時使原剪力墻一分為二，剛度降低，避免發(fā)生剪切破壞和底部墻體過早屈服。3 3、 剪力墻的剛性連梁，其跨高比往往僅為1 1 左右。而試驗表明：當(dāng)連梁的跨高比為 5 5 時，延性和耗能很好，連梁兩端相對豎向位移的延性系數(shù) 都在 8 8 以上，滯回曲線也相當(dāng)飽 滿；當(dāng)跨高比降至 1 1 時，延性系數(shù)則 降至 3 3 左右，滯回曲線嚴(yán)重捏擾，耗能很小，最后彎 剪破壞。因此，需 要對它的組成和構(gòu)造采取一定措施。措施

8、之一是在 1/21/2 梁高的中性面上留一水平通縫，在縫的上、下兩側(cè)各埋置鋼板，鋼板上開有橢圓形螺栓孔，用高強(qiáng)螺栓把兩鋼板連結(jié)。在豎載、風(fēng)載和小震下，高強(qiáng)螺栓把水平 通縫分開的兩部分連梁連結(jié)成整體工作，使連梁具有一定的剛性。在大震 作用時，兩鋼我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除板 發(fā)生相對滑動， 原來跨高比為 1 1 的剛性連梁將被分成兩根跨高比為 2 2 的小梁協(xié)同工作，試 驗表明，這樣可使延性系數(shù)由原來的 3 3 提高為 1010 左右。四、提高框架的抗震性能1 1、加強(qiáng)框架的角柱。角柱是連結(jié)縱橫框架的樞紐，要增加框架的空間整體性，就要加

9、強(qiáng)角柱的抗剪性能。2 2、 沿周圈框架平面按 K K 形支撐和 X X 形支撐布置一定數(shù)量的鋼筋砼抗剪 墻板或配筋砌 塊抗剪墻板，能有效克服框架的剪力滯后現(xiàn)象，顯著提高 框架的整體性和抗推剛度，減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，特別有利于減小層間側(cè)移。但這種結(jié)構(gòu)的延性較差，因此，可以在墻板上開十字形結(jié)構(gòu)豎縫使之出現(xiàn)薄弱部位，形成延性耗能墻板。3 3、設(shè)置偏交斜撐等贅余桿件，用彎曲耗能代替軸變耗能，其中折曲撐由鋼纖維砼桿制 造，偏心連結(jié)支撐可用鋼桿或勁性鋼筋砼桿組成。在強(qiáng)烈 地震作用下，一方面可利用這些贅余桿件的先期屈服和變形來耗散能量，另一方面當(dāng)贅余桿件破壞或退出工作后，使得結(jié)構(gòu)由一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)

10、定體系，引起結(jié)構(gòu)自振周期的改變，以避開地震卓越周期的長 時間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。五、 采用新型復(fù)合材料節(jié)點(diǎn) 提高節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和延性僅靠增加箍筋效果并不顯著，而采用鋼纖維砼和勁性砼梁柱節(jié)點(diǎn)效果較好。由于勁性鋼材或鋼纖維與砼的共同工作，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)砼的受力性能特別是剪切變形大大改善，延性和耗能能力顯著提高，同時提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能：1 1、實行機(jī)構(gòu)控制，實現(xiàn)總體屈服機(jī)制。在結(jié)構(gòu)的特定位置設(shè)置一定數(shù)量我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除的人工塑性鉸， 對塑性鉸發(fā)生的區(qū)域、順序及塑性程度進(jìn)行控制，使得結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震時能形成最佳耗能機(jī)構(gòu)。在水平作用下，使

11、水平構(gòu)件先于豎向構(gòu)件屈服，最后豎向構(gòu)件底部屈服。2 2、使結(jié)構(gòu)的剛度和承載力相匹配。在框剪結(jié)構(gòu)中，如剪力墻數(shù)量多、厚度大，剛度自 然也大，但會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振周期減小，總水平地震作用增 大；反之剛度小，地震力也變小。所以，要根據(jù)建筑的重要性、裝修等級和設(shè)防烈度來綜合這一對矛盾，以確定出結(jié)構(gòu)的側(cè)移限值，從而定出抗震墻的數(shù)量、厚度，做到既安全又經(jīng)濟(jì)。3 3、使結(jié)構(gòu)的剛度和延性相匹配。剪力墻和框架在剛度、彈性極限變形值和延性系數(shù)方面的差異使得框剪結(jié)構(gòu)的抗震性能大打折扣，造成各構(gòu)件不能同步協(xié)調(diào)地發(fā)揮材料抗力而出現(xiàn)先后破壞被各個擊破的情況，大大降低了結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的利用效率和整體的抗震可靠度。所以，協(xié)調(diào)各抗側(cè)

12、力構(gòu)件的剛度和延性相匹配是工程設(shè)計中的一條重要抗震設(shè)計原則。六、剪力墻和框架同步工作的途徑為了能夠使剪力墻和框架同步工作，可采用：帶豎縫剪力墻。豎縫剪力墻 在水平力作用 下所產(chǎn)生的側(cè)移，不再是以墻體的剪切變形為主而是以并 列柱的彎曲變形為主，原來墻面上的斜向裂縫被并列小柱上、下端的水平裂縫代替。由于剪力墻的力學(xué)性能由剪切轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?，彈性極限側(cè)移值加大，延性改善，彈塑性耗能增加，避免了普通抗震墻斜裂縫出現(xiàn)后的 剛度嚴(yán)重退化。采用較好的延性偏交支撐，主要構(gòu)造是交叉直撐的交叉點(diǎn)處用拼接板、高 強(qiáng)螺栓與阻尼 材料組成，在小震時，叉點(diǎn)處提供足夠的強(qiáng)度和剛度，像 普通直撐那樣工作。在強(qiáng)震時，上撐與下?lián)危ɑ?/p>

13、左撐與右撐）之間可相我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除對滑動，導(dǎo)致剛度大大下降，可提高剪力墻和框架之間的協(xié)同工作能力。七、框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計與計算在現(xiàn)行規(guī)范的抗震分析中采用協(xié)同工作計算法，即采用框架彈性剛度和剪力墻彈性剛度 組成并聯(lián)體結(jié)構(gòu)模型，計算出結(jié)構(gòu)彈性自振周期，按彈性剛度比值分配給框架和剪力墻。該計算方法不能反映出因剪力墻開裂、 剛度在局部發(fā) 生突變而引起墻體轉(zhuǎn)動給結(jié)構(gòu)帶來內(nèi)力重分布，這樣顯然 與實際情況有誤差。因此，有必要作調(diào)整。八、框剪結(jié)構(gòu)抗震計算的調(diào)整1.1. 在整體按彈性方法計算的基礎(chǔ)上，允許個別構(gòu)件、個別部位按彈塑性性 質(zhì)對剛

14、度進(jìn)行 調(diào)整，也允許局部考慮塑性內(nèi)力重分布進(jìn)行計算。2.2. 據(jù)空間有限元程序分析結(jié)果：受拉墻肢剛度退化后，實際受壓墻肢承受了 90%90%的總 剪力而受拉墻肢僅承受了10%10%，墻肢受剪嚴(yán)重不均勻。為此對于一、二級抗震墻，受壓墻肢的設(shè)計彎矩和剪力應(yīng)乘以 1.251.25，而受拉墻肢可降低 101020%20%3 3加強(qiáng)連梁是改善墻肢應(yīng)力分配不均的有效途徑。通過合理的結(jié)構(gòu)布置，使連梁能夠向 各片墻肢傳遞更多軸向力，讓各墻肢盡可能地平均分擔(dān)重力而避免出現(xiàn)某墻肢全截面受拉的情況，從而也改善了墻肢承受剪力不均的狀況。九、框剪結(jié)構(gòu)對連梁的設(shè)計要求1 1、 控制連梁端部的剪應(yīng)力不大于0.15%0.15%， 以保證連梁具有足夠的截面和 抗剪能力。2 2、 連梁的剪跨比不應(yīng)小于 1.01.0，當(dāng)剪跨比過小時可用水平縫將連梁分隔 成兩根等高連梁。我們只分享有價值的知識點(diǎn)，本文由李雪梅老師精心收編，大家可以下載學(xué)習(xí)！此行文字可以刪除3 3、根據(jù)梁端實際抗彎配筋量并考慮鋼筋超強(qiáng)效應(yīng)的條件，使連梁的受剪 承載力大于受 彎承載力。4.4. 調(diào)整框架的剪力(1)(1) 為了承受由于剪力墻開裂剛度降低而轉(zhuǎn)移給框架的剪力，并保證框架 作為二道防線應(yīng)具備一定受剪承載力儲備，在按剪力墻框架協(xié)同工作分 析所分配的剪力基礎(chǔ)上，再對框架 剪力進(jìn)行調(diào)整。(2)(2) 空間有限元程序動力分析結(jié)果顯示：框剪結(jié)構(gòu)最