框架-剪力墻結構設計ppt課件

1、 金仁和金仁和7.1 構造布置了解構造布置了解7.2 根本假定與計算簡圖根本假定與計算簡圖 7.3 框架框架-剪力墻鉸結體系構造分析剪力墻鉸結體系構造分析 7.4 框架框架-剪力墻剛結體系構造分析剪力墻剛結體系構造分析7.5 框架框架-剪力墻構造內力計算步驟及計算實例了解剪力墻構造內力計算步驟及計算實例了解7.1 構造布置構造布置 1總體平面布置、豎向布置及變形縫設置等，見第總體平面布置、豎向布置及變形縫設置等，見第 2.2 節(jié)所述；節(jié)所述； 2詳細布置除應符合下述的規(guī)定外，其框架和剪力墻的布置尚應分別詳細布置除應符合下述的規(guī)定外，其框架和剪力墻的布置尚應分別符合框架構造和剪力符合框架構造和剪

2、力 墻構造的有關規(guī)定。墻構造的有關規(guī)定。7.1.1 根本要求根本要求1、雙向抗側力體系、雙向抗側力體系 1在框架在框架-剪力墻構造中，框架與剪力墻協(xié)同任務共同抵抗程度荷載，其中剪力剪力墻構造中，框架與剪力墻協(xié)同任務共同抵抗程度荷載，其中剪力墻是構造的主要抗側力構件。墻是構造的主要抗側力構件。 2為了使框架為了使框架-剪力墻構造在兩個主軸方向均具有必需的程度承載力和側向剛度，剪力墻構造在兩個主軸方向均具有必需的程度承載力和側向剛度，應在兩個主軸方向均勻布置剪力墻，構成雙向抗側力體系。應在兩個主軸方向均勻布置剪力墻，構成雙向抗側力體系。 3假設僅在一個主軸方向布置剪力墻，將呵斥兩個主軸方向構造的程

3、度承載力假設僅在一個主軸方向布置剪力墻，將呵斥兩個主軸方向構造的程度承載力和側向剛度相差懸殊，能夠使構造整體改動，對構造抗震不利。和側向剛度相差懸殊，能夠使構造整體改動，對構造抗震不利。2、節(jié)點剛性銜接與構件對中布置、節(jié)點剛性銜接與構件對中布置 1在框架在框架-剪力墻構造中，為了保證構造的整體剛度和幾何不變性，同時為提高構造在大震剪力墻構造中，為了保證構造的整體剛度和幾何不變性，同時為提高構造在大震作用下的穩(wěn)定性而添加其贅余約束，主體構造構件間的銜接節(jié)點應采用剛接。作用下的穩(wěn)定性而添加其贅余約束，主體構造構件間的銜接節(jié)點應采用剛接。 2梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內力傳送和分布合理，

4、且保證節(jié)點中心區(qū)的完梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內力傳送和分布合理，且保證節(jié)點中心區(qū)的完 整性。整性。 7.1.2 框架框架-剪力墻構造中剪力墻的布置了解剪力墻構造中剪力墻的布置了解1、剪力墻的數(shù)量、剪力墻的數(shù)量 1在框架在框架-剪力墻構造中，構造的側向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛剪力墻構造中，構造的側向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和度的總和EcIw控制，構造的程度位移隨控制，構造的程度位移隨 EcIw 增大而減小。增大而減小。 3普通以滿足構造的程度位移限值作為設置剪力墻數(shù)量的根據(jù)較為適宜。普通以滿足構造的程度位移限值作為設置剪力墻數(shù)量的根據(jù)較為適宜。 2剪力

5、墻數(shù)量也不宜過多，否那么地震作用相應添加，還會使絕大部分程度地震力被剪力剪力墻數(shù)量也不宜過多，否那么地震作用相應添加，還會使絕大部分程度地震力被剪力墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揚，既不合理也不經濟。墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揚，既不合理也不經濟。2、剪力墻的布置參考課本、剪力墻的布置參考課本 (1) 剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面外形變化或恒載較大的剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面外形變化或恒載較大的部位，剪力墻的間距不宜過大；平面外形凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。部位，剪力墻的間距不宜過大；平面外形凹凸較大時，宜在凸出部分的

6、端部附近布置剪力墻。 (2) 縱、橫向剪力墻宜組成縱、橫向剪力墻宜組成 L 形、形、T 形和匚形等方式，以使縱墻橫墻可以作為橫墻縱形和匚形等方式，以使縱墻橫墻可以作為橫墻縱墻的翼緣；樓、電梯間等豎井宜盡量與接近的抗側力構造結合布置，以加強其空間剛度和整體墻的翼緣；樓、電梯間等豎井宜盡量與接近的抗側力構造結合布置，以加強其空間剛度和整體性。性。 (3) 剪力墻布置不宜過分集中，單片剪力墻底部承當?shù)某潭燃袅Σ灰顺綐嬙斓撞靠偧袅Φ募袅Σ贾貌灰诉^分集中，單片剪力墻底部承當?shù)某潭燃袅Σ灰顺綐嬙斓撞靠偧袅Φ?0%，以，以 免構造的剛度中心與房屋的質量中心偏離過大、墻截面配筋過多以及不合理的根底設免構

7、造的剛度中心與房屋的質量中心偏離過大、墻截面配筋過多以及不合理的根底設計。當剪力墻墻肢截面高度過大時，可用門窗洞口或施工洞構成聯(lián)肢墻。計。當剪力墻墻肢截面高度過大時，可用門窗洞口或施工洞構成聯(lián)肢墻。 5保證框架與剪力墻協(xié)同任務，其剪力墻的布置宜符合以下要求：保證框架與剪力墻協(xié)同任務，其剪力墻的布置宜符合以下要求：1) 橫向剪力墻沿房屋長橫向剪力墻沿房屋長方方 向的間距宜滿足表向的間距宜滿足表 7.1.1 的要求，當這些剪力墻之間的樓蓋有較大開洞時，剪力墻的間距應適的要求，當這些剪力墻之間的樓蓋有較大開洞時，剪力墻的間距應適當減小；當減??；2) 縱向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端?？v向剪力墻不

8、宜集中布置在房屋的兩盡端。 4剪力墻宜貫穿建筑物全高，防止剛度突變；剪力墻開洞時，洞口宜上、下對齊?？拐鹪O剪力墻宜貫穿建筑物全高，防止剛度突變；剪力墻開洞時，洞口宜上、下對齊?？拐鹪O計時，剪力墻的布置宜使構造各主軸方向的側向剛度接近。計時，剪力墻的布置宜使構造各主軸方向的側向剛度接近。7.1.4 梁、柱截面尺寸及剪力墻數(shù)量的初步擬定梁、柱截面尺寸及剪力墻數(shù)量的初步擬定1、梁、柱截面尺寸、梁、柱截面尺寸 框架梁截面尺寸普通根據(jù)工程閱歷確定，框架柱截面尺寸可根據(jù)軸壓比要求確定，框架梁截面尺寸普通根據(jù)工程閱歷確定，框架柱截面尺寸可根據(jù)軸壓比要求確定，詳見框架構造部分詳見框架構造部分5.2.1。2、剪

9、力墻數(shù)量、剪力墻數(shù)量 在初步設計階段，可根據(jù)房屋底層全部剪力墻截面面積在初步設計階段，可根據(jù)房屋底層全部剪力墻截面面積 Aw 和全部柱截面面積和全部柱截面面積 Ac 之和與樓面面積之和與樓面面積 Af 的比值，或者采用全部剪力墻截面面積的比值，或者采用全部剪力墻截面面積Aw與樓面面積與樓面面積Af 的比值，的比值，來粗估剪力墻的數(shù)量。來粗估剪力墻的數(shù)量。7.1.3 板柱板柱-剪力墻構造的布置略剪力墻構造的布置略7.2 根本假定與計算簡圖根本假定與計算簡圖 7.2.1 框架與剪力墻的協(xié)同任務框架與剪力墻的協(xié)同任務1、定義：、定義： 框架框架-剪力墻構造是由框架和剪力墻組成的構造體系。在程度荷載作

10、用下，剪力墻構造是由框架和剪力墻組成的構造體系。在程度荷載作用下，平面內剛度很大的樓蓋將二者銜接在一同組成框架平面內剛度很大的樓蓋將二者銜接在一同組成框架-剪力墻構造時，二者之間剪力墻構造時，二者之間存在協(xié)同任務問題。存在協(xié)同任務問題。2、特點：、特點： 1在程度荷載作用下，單獨剪力墻的變形曲線以彎曲變形為主；單獨框架的變形曲線以整體在程度荷載作用下，單獨剪力墻的變形曲線以彎曲變形為主；單獨框架的變形曲線以整體剪切變形為主。剪切變形為主。 2在框架在框架-剪力墻構造中，其變形曲線介于彎曲型與整體剪切型之間。在構造下部，剪力墻剪力墻構造中，其變形曲線介于彎曲型與整體剪切型之間。在構造下部，剪力墻

11、的位移比框架小，墻將框架向左拉，框架將墻向右拉；在構造上部，剪力墻的位移比框架大，框的位移比框架小，墻將框架向左拉，框架將墻向右拉；在構造上部，剪力墻的位移比框架大，框架將墻向左推，墻將框架向右推。架將墻向左推，墻將框架向右推。 3二者之間存在協(xié)同任務使框架二者之間存在協(xié)同任務使框架- 剪力墻構造的側移大大減小，內力分布更趨合理。剪力墻構造的側移大大減小，內力分布更趨合理。7.2.2 根本假定與計算簡圖根本假定與計算簡圖1、根本假定：、根本假定： 1樓板在本身平面內的剛度為無限大。這保證了樓板將整個構造單元內的一切樓板在本身平面內的剛度為無限大。這保證了樓板將整個構造單元內的一切框架和剪力墻連

12、為整體，不產生相對變形?？蚣芎图袅B為整體，不產生相對變形。 2房屋的剛度中心與作用在構造上的程度荷載風荷載或程度地震作用的合房屋的剛度中心與作用在構造上的程度荷載風荷載或程度地震作用的合力作用點重合，力作用點重合， 在程度荷載作用下房屋不產生繞豎軸的改動。在程度荷載作用下房屋不產生繞豎軸的改動。注：注： 1在這兩個根本假定的前提下，同一樓層標高處，各榀框架和剪力墻的程度位移相等。在這兩個根本假定的前提下，同一樓層標高處，各榀框架和剪力墻的程度位移相等。 2可將構造單元內一切剪力墻綜合在一同，構成一榀假想的總剪力墻，總剪力墻的彎曲剛可將構造單元內一切剪力墻綜合在一同，構成一榀假想的總剪力墻，

13、總剪力墻的彎曲剛度等于各榀剪力墻彎曲剛度之和；把構造單元內一切框架綜合起來，構成一榀假想的總框架，度等于各榀剪力墻彎曲剛度之和；把構造單元內一切框架綜合起來，構成一榀假想的總框架，總框架的剪切剛度等于各榀框架剪切剛度之和?？偪蚣艿募羟袆偠鹊扔诟鏖蚣芗羟袆偠戎?。2、計算模型、計算模型1分類：分類： 按照剪力墻之間和剪力墻與框架之間有無連梁，或者能否思索這些連梁對剪力墻轉動的終按照剪力墻之間和剪力墻與框架之間有無連梁，或者能否思索這些連梁對剪力墻轉動的終了作用，將框架了作用，將框架-剪力墻構造分為：框架剪力墻構造分為：框架-剪力墻鉸結體系、框架剪力墻鉸結體系、框架-剪力墻剛結體系。剪力墻剛結體

14、系。2特點：特點：1框架框架-剪力墻鉸結體系剪力墻鉸結體系 對于圖對于圖 7.2.3(a)所示構造單元平面，如沿房屋橫向的所示構造單元平面，如沿房屋橫向的 3 榀剪力墻均為雙肢墻，因連梁的轉榀剪力墻均為雙肢墻，因連梁的轉動約束作用已思索在雙肢墻的剛度內，那么總框架與總剪力墻之間可按鉸結思索。連桿是剛性動約束作用已思索在雙肢墻的剛度內，那么總框架與總剪力墻之間可按鉸結思索。連桿是剛性的即的即EA，反映了剛性樓板的假定，保證總框架與總剪力墻在同一樓層標高處的程度位，反映了剛性樓板的假定，保證總框架與總剪力墻在同一樓層標高處的程度位移相等。移相等。2框架框架-剪力墻剛結體系剪力墻剛結體系 框架框架-

15、剪力墻剛結體系。對于圖剪力墻剛結體系。對于圖 7.2.4(a)所示構造單元平面，沿房屋橫向有所示構造單元平面，沿房屋橫向有 3 片剪力墻，剪片剪力墻，剪力墻與框架之間有連梁連結，當思索連梁的轉動約束作用時，連梁兩端可按剛結思索，其橫向力墻與框架之間有連梁連結，當思索連梁的轉動約束作用時，連梁兩端可按剛結思索，其橫向計算簡圖如圖計算簡圖如圖7.2.4(b)所示?？傔B梁代表所示?？傔B梁代表軸線軸線 3 列連梁的綜合。列連梁的綜合。 注：注：1對于圖對于圖 7.2.3( a)和圖和圖 7.2.4(a)所示的構造布置情況，當思索連梁的轉動約束作用時，其縱向計所示的構造布置情況，當思索連梁的轉動約束作用

16、時，其縱向計 算簡圖均可按剛結體系思索。算簡圖均可按剛結體系思索。2框架框架-剪力墻構造的下端為固定端，普通取至根底頂面；當設置地下室，且地下室的樓層側向剪力墻構造的下端為固定端，普通取至根底頂面；當設置地下室，且地下室的樓層側向剛度不應小于相鄰上部構造樓層側向剛度的剛度不應小于相鄰上部構造樓層側向剛度的 2 倍時，可將地下室的頂板作為上部構造嵌固部位。倍時，可將地下室的頂板作為上部構造嵌固部位。剛結體系剛結體系當連梁的剛度當連梁的剛度較大時較大時鉸結體系鉸結體系當連梁的剛度當連梁的剛度較??；或連梁較??；或連梁的轉動約束作的轉動約束作用已思索在雙用已思索在雙肢墻的剛度內肢墻的剛度內時時綜綜合合

17、框框架架綜合剪力墻綜合剪力墻鉸接連桿鉸接連桿綜綜合合框框架架綜合剪力墻綜合剪力墻剛性連桿剛性連桿1、總框架的剪切剛度、總框架的剪切剛度1定義：框架柱的側向剛度、總框架的剪切剛度定義：框架柱的側向剛度、總框架的剪切剛度 框架柱的側向剛度框架柱的側向剛度D ：使框架柱兩端產生單位相對側移所需施加的程度剪力圖：使框架柱兩端產生單位相對側移所需施加的程度剪力圖 7.2.5(a)； 總框架的剪切剛度總框架的剪切剛度Cf：使總框架在樓層間產生單位剪切變形：使總框架在樓層間產生單位剪切變形 =1所需施加的程度剪力所需施加的程度剪力圖圖 7.2.5(b)。2總框架的剪切剛度總框架的剪切剛度7.2.3 根本計算

18、參數(shù)根本計算參數(shù) 框架框架-剪力墻構造分析時，需確定總剪力墻的彎曲剛度、總框架的剪切剛度和總連剪力墻構造分析時，需確定總剪力墻的彎曲剛度、總框架的剪切剛度和總連梁的等效剪切剛度。梁的等效剪切剛度。3思索柱軸向變形時框架的剪切剛度思索柱軸向變形時框架的剪切剛度2、連梁的約束剛度、連梁的約束剛度 框架框架-剪力墻剛結體系的連梁進入墻的部分剛度很大，因此連梁應作為帶剛域的梁進展分析。剪力墻剛結體系的連梁進入墻的部分剛度很大，因此連梁應作為帶剛域的梁進展分析。剪力墻剪力墻 間的連梁是兩端帶剛域的梁間的連梁是兩端帶剛域的梁圖圖 7.2.6(a)，剪力墻與框架間的連梁是一端帶剛域的梁，剪力墻與框架間的連梁

19、是一端帶剛域的梁圖圖 7.2.6(b)。1 兩端帶剛域的連梁兩端帶剛域的連梁 2 一端帶剛域的連梁一端帶剛域的連梁 3連梁的線約束剛度連梁的線約束剛度注：注：A、當?shù)?、當?shù)趇 層的同一層內有層的同一層內有 s 根剛結連梁時，總連梁的線約束剛度為根剛結連梁時，總連梁的線約束剛度為 B、當各層總連梁的、當各層總連梁的Cbi不同時，可近似地以各層的不同時，可近似地以各層的Cbi按高度取加權平均值按高度取加權平均值 3、剪力墻的彎曲剛度、剪力墻的彎曲剛度 總剪力墻的等效剛度為構造單元內同一方向總剪力墻的等效剛度為構造單元內同一方向(橫向或縱向橫向或縱向)一切剪力墻等效剛度之和，即一切剪力墻等效剛度之和

20、，即291HAIEIEIwwweq7.3 框架框架-剪力墻鉸結體系構造分析剪力墻鉸結體系構造分析 問題：延續(xù)柵片法的根本思緒？問題：延續(xù)柵片法的根本思緒？ 延續(xù)柵片法是沿構造的豎向采用延續(xù)化假定，即把連桿作為延續(xù)柵片。這個假定使總剪延續(xù)柵片法是沿構造的豎向采用延續(xù)化假定，即把連桿作為延續(xù)柵片。這個假定使總剪力墻與總框架不僅在每一樓層標高處具有一樣的側移，而且沿整個高度都有一樣的側移，從力墻與總框架不僅在每一樓層標高處具有一樣的側移，而且沿整個高度都有一樣的側移，從而使計算簡化到能用四階微分方程來求解。而使計算簡化到能用四階微分方程來求解。延續(xù)柵片法延續(xù)柵片法 微分方程的求解微分方程的求解 求解

21、四階常系數(shù)非齊次線性微分方程 計算模型的簡化計算模型的簡化 根本假定 求解超靜定構造求解超靜定構造 一個未知力的超靜定構造 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdz 求解內力求解內力 微分關系求解內力將集中荷載在層將集中荷載在層高內延續(xù)化：高內延續(xù)化：7.3.1 根本方程及其普通解根本方程及其普通解1、根本方程：、根本方程：見見 7.2.4注：注： 是一個與框架和剪力墻的剛度比有關的參數(shù)，對框架是一個與框架和剪力墻的剛度比有關的參數(shù)，對框架剪力墻構造的受力和變形特征有重剪力墻構造的受力和變形特征有重 大影響。大影響。 2、求解、求解 7.3.2 程度均布荷載作用下內力及側移計算程度均布

22、荷載作用下內力及側移計算1、通解：、通解：2、約束條件：、約束條件：3、表達式：、表達式：7.3.3 倒三角形分布程度荷載作用下內力及側移計算推導如前，略倒三角形分布程度荷載作用下內力及側移計算推導如前，略7.3.4 頂點集中程度荷載作用下內力及側移計算推導如前，略頂點集中程度荷載作用下內力及側移計算推導如前，略7.4 框架框架-剪力墻剛結體系構造分析剪力墻剛結體系構造分析問題：框架問題：框架-剪力墻剛結體系與鉸接體系有何異同？剪力墻剛結體系與鉸接體系有何異同？鉸接連桿鉸接連桿剛性連桿剛性連桿總總框框架架總剪力墻總剪力墻總總框框架架總剪力墻總剪力墻 一樣之處一樣之處總剪力墻與總框架經過連桿總剪

23、力墻與總框架經過連桿傳送之間的相互作用力。傳送之間的相互作用力。 不同之處不同之處剛接體系中連桿對總剪力墻剛接體系中連桿對總剪力墻的彎曲有一定的約束作用。的彎曲有一定的約束作用。 微分方程的求解微分方程的求解 求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程 計算模型的簡化計算模型的簡化 根本假定 求解超靜定構造求解超靜定構造 二個未知力的超靜定構造 求解內力求解內力 微分關系求解內力問題：框架問題：框架-剪力墻剛結體系求解的根本思緒？剪力墻剛結體系求解的根本思緒？ 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdzwfq( z )q ( z )q ( z )平衡條件7.4.1 根本微分關系根本微分關系1把框架

24、把框架-剪力墻構造沿連梁的反彎點切開；留意反彎點位置剪力墻構造沿連梁的反彎點切開；留意反彎點位置2連梁的軸力表達了總框架與總剪力墻之間相互作用的程度力連梁的軸力表達了總框架與總剪力墻之間相互作用的程度力 qf(z) ；3把總連梁沿高度延續(xù)化后，連梁剪力就化為沿高度延續(xù)分布的剪力把總連梁沿高度延續(xù)化后，連梁剪力就化為沿高度延續(xù)分布的剪力v(z) ；總總框框架架總剪力墻總剪力墻( )q z( )fqz( )v z根本假定根本假定4將分布剪力向剪力墻軸線簡化，那么剪力墻將產生分布軸力將分布剪力向剪力墻軸線簡化，那么剪力墻將產生分布軸力 v( z) 和線約束彎矩和線約束彎矩 m( z) 。對總剪力墻截

25、對總剪力墻截面形心取矩面形心取矩總剪力墻總剪力墻( )q z( )fqz( )v z( )q z( )fqz( )m z1、平衡條件、平衡條件求求wfq ( z )q ( z )、2、總剪力墻內力與位移的微分關系、總剪力墻內力與位移的微分關系wq ( z )3、總連梁內力與位移的微分關系、總連梁內力與位移的微分關系 4、總框架內力與位移的微分關系、總框架內力與位移的微分關系 總框架剪力總框架剪力V f 與樓層間的剪切角與樓層間的剪切角 的關系如式的關系如式7.2.3所示。所示。fq ( z )7.4.2 根本方程及其解根本方程及其解1、根本方程、根本方程注：注：1式式7.4.8即為框架即為框架

26、-剪力墻剛結體系的微分方程，與式剪力墻剛結體系的微分方程，與式7.3.2方式上完全一樣。方式上完全一樣。 2與鉸結體系的剛度特征值式與鉸結體系的剛度特征值式7.3.3相比，上式僅在根號內分子項多了一項相比，上式僅在根號內分子項多了一項C b ， 當當C b 0 時，上式就轉化為式時，上式就轉化為式7.3.3，C b 反映了連梁對剪力墻的約束作用。反映了連梁對剪力墻的約束作用。 將將 帶入帶入7.4.1 中，得：中，得：wfq ( z )q ( z )、7.4.2 根本方程及其解根本方程及其解2、求解、求解3、剛結與鉸結體系比較、剛結與鉸結體系比較注：二者的不同之處主要表達在連梁對剪力墻的約束作

27、用。注：二者的不同之處主要表達在連梁對剪力墻的約束作用。 7.4.3 總框架剪力總框架剪力 V f 和總連梁線約束彎矩和總連梁線約束彎矩 m 的另一種算法略的另一種算法略7.4.4 框架框架-剪力墻構造的受力和側移特征剪力墻構造的受力和側移特征1、構造側向位移特征、構造側向位移特征2、荷載與剪力的分布特征、荷載與剪力的分布特征注：框架接受的荷載在上部為正，下部為負。這注：框架接受的荷載在上部為正，下部為負。這是由于剪力墻和框架單獨接受程度荷載時，二者是由于剪力墻和框架單獨接受程度荷載時，二者的變形曲線不同。的變形曲線不同。 當二者協(xié)同任務時，變形方式必需一致，因當二者協(xié)同任務時，變形方式必需一致，因此二者間必然產生上述荷載方式。此二者間必然產生上述荷載方式。 注：基底處框架不承當剪力，全部剪力由剪力墻承當。注：基底處框架不承當剪力，全部剪力由剪力墻承當。 注：注：1 1隨隨值增大，框架最大剪力位置值增大，框架最大剪力