高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計史慶軒框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計史慶軒框架剪力墻結(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計史慶軒框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)設(shè)計7.1 結(jié)構(gòu)布置 1）總體平面布置、豎向布置及變形縫設(shè)置等，見第 2.2 節(jié)所述； 2）具體布置除應(yīng)符合下述的規(guī)定外，其框架和剪力墻的布置尚應(yīng)分別符合框架結(jié)構(gòu)和剪力 墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定。第1頁/共49頁7.1.1 基本要求1、雙向抗側(cè)力體系 1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻協(xié)同工作共同抵抗水平荷載，其中剪力墻是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件。 2）為了使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向均具有必需的水平承載力和側(cè)向剛度，應(yīng)在兩個主軸方向均勻布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。 3）如果僅在一個主軸方向布置剪力墻，將造成兩

2、個主軸方向結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度相差懸殊，可能使結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)抗震不利。2、節(jié)點剛性連接與構(gòu)件對中布置 1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了保證結(jié)構(gòu)的整體剛度和幾何不變性，同時為提高結(jié)構(gòu)在大震作用下的穩(wěn)定性而增加其贅余約束，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接（節(jié)點）應(yīng)采用剛接。 2）梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內(nèi)力傳遞和分布合理，且保證節(jié)點核心區(qū)的完 整性。 第2頁/共49頁7.1.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置（了解）1、剪力墻的數(shù)量 1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和EcIw控制，結(jié)構(gòu)的水平位移隨 EcIw 增大而減小。 3）一般以滿足結(jié)構(gòu)

3、的水平位移限值作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)較為合適。 2）剪力墻數(shù)量也不宜過多，否則地震作用相應(yīng)增加，還會使絕大部分水平地震力被剪力墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揮，既不合理也不經(jīng)濟。第3頁/共49頁2、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、平面形狀變化或恒載較大的部位，剪力墻的間距不宜過大；平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。 (2) 縱、橫向剪力墻宜組成 L 形、T 形和匚形等形式，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靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置，以增強其空間剛度和整體性。 (3) 剪力墻布置不宜過分集

4、中，單片剪力墻底部承擔(dān)的水平剪力不宜超過結(jié)構(gòu)底部總剪力的40%，以 免結(jié)構(gòu)的剛度中心與房屋的質(zhì)量中心偏離過大、墻截面配筋過多以及不合理的基礎(chǔ)設(shè)計。當(dāng)剪力墻墻肢截面高度過大時，可用門窗洞口或施工洞形成聯(lián)肢墻。第4頁/共49頁 （5）保證框架與剪力墻協(xié)同工作，其剪力墻的布置宜符合下列要求：1) 橫向剪力墻沿房屋長方 向的間距宜滿足表 7.1.1 的要求，當(dāng)這些剪力墻之間的樓蓋有較大開洞時，剪力墻的間距應(yīng)適當(dāng)減??；2) 縱向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端。 （4）剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變；剪力墻開洞時，洞口宜上、下對齊。抗震設(shè)計時，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。第5頁/

5、共49頁7.1.4 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 框架梁截面尺寸一般根據(jù)工程經(jīng)驗確定，框架柱截面尺寸可根據(jù)軸壓比要求確定，詳見框架結(jié)構(gòu)部分5.2.1。2、剪力墻數(shù)量 在初步設(shè)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 Ac 之和與樓面面積 Af 的比值，或者采用全部剪力墻截面面積Aw與樓面面積Af 的比值，來粗估剪力墻的數(shù)量。7.1.3 板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置（略）第6頁/共49頁 7.2 基本假定與計算簡圖 7.2.1 框架與剪力墻的協(xié)同工作1、定義： 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載作用下，平面內(nèi)剛度很大的樓蓋將二者

6、連接在一起組成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時，二者之間存在協(xié)同工作問題。第7頁/共49頁 2、特點： 1）在水平荷載作用下，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。 2）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，其變形曲線介于彎曲型與整體剪切型之間。在結(jié)構(gòu)下部，剪力墻的位移比框架小，墻將框架向左拉，框架將墻向右拉；在結(jié)構(gòu)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。 3）二者之間存在協(xié)同工作使框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移大大減小，內(nèi)力分布更趨合理。第8頁/共49頁 7.2.2 基本假定與計算簡圖1、基本假定： 1）樓板在自身平面內(nèi)的剛度為無限大。這保證了樓板將整個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的所有框

7、架和剪力墻連為整體，不產(chǎn)生相對變形。 2）房屋的剛度中心與作用在結(jié)構(gòu)上的水平荷載（風(fēng)荷載或水平地震作用）的合力作用點重合， 在水平荷載作用下房屋不產(chǎn)生繞豎軸的扭轉(zhuǎn)。注： 1）在這兩個基本假定的前提下，同一樓層標(biāo)高處，各榀框架和剪力墻的水平位移相等。 2）可將結(jié)構(gòu)單元內(nèi)所有剪力墻綜合在一起，形成一榀假想的總剪力墻，總剪力墻的彎曲剛度等于各榀剪力墻彎曲剛度之和；把結(jié)構(gòu)單元內(nèi)所有框架綜合起來，形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。第9頁/共49頁 2、計算模型1）分類： 按照剪力墻之間和剪力墻與框架之間有無連梁，或者是否考慮這些連梁對剪力墻轉(zhuǎn)動的結(jié)束作用，將框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

8、分為：框架-剪力墻鉸結(jié)體系、框架-剪力墻剛結(jié)體系。2）特點：（1）框架-剪力墻鉸結(jié)體系 對于圖 7.2.3(a)所示結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動約束作用已考慮在雙肢墻的剛度內(nèi)，則總框架與總剪力墻之間可按鉸結(jié)考慮。連桿是剛性的（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(biāo)高處的水平位移相等。第10頁/共49頁 （2）框架-剪力墻剛結(jié)體系 框架-剪力墻剛結(jié)體系。對于圖 7.2.4(a)所示結(jié)構(gòu)單元平面，沿房屋橫向有 3 片剪力墻，剪力墻與框架之間有連梁連結(jié)，當(dāng)考慮連梁的轉(zhuǎn)動約束作用時，連梁兩端可按剛結(jié)考慮，其橫向計算簡圖如圖7.2.4(b)

9、所示?？傔B梁代表軸線 3 列連梁的綜合。 注：1）對于圖 7.2.3( a)和圖 7.2.4(a)所示的結(jié)構(gòu)布置情況，當(dāng)考慮連梁的轉(zhuǎn)動約束作用時，其縱向計 算簡圖均可按剛結(jié)體系考慮。2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的下端為固定端，一般取至基礎(chǔ)頂面；當(dāng)設(shè)置地下室，且地下室的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的 2 倍時，可將地下室的頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位。第11頁/共49頁 剛結(jié)體系當(dāng)連梁的剛度較大時鉸結(jié)體系當(dāng)連梁的剛度較小；或連梁的轉(zhuǎn)動約束作用已考慮在雙肢墻的剛度內(nèi)時綜合框架綜合剪力墻鉸接連桿綜合框架綜合剪力墻剛性連桿第12頁/共49頁 1、總框架的剪切剛度1）定義：框架柱的側(cè)向剛度、總框架的

10、剪切剛度 框架柱的側(cè)向剛度D ：使框架柱兩端產(chǎn)生單位相對側(cè)移所需施加的水平剪力（圖 7.2.5(a)）； 總框架的剪切剛度Cf：使總框架在樓層間產(chǎn)生單位剪切變形（ =1）所需施加的水平剪力（圖 7.2.5(b)）。2）總框架的剪切剛度7.2.3 基本計算參數(shù) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)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。第13頁/共49頁 3）考慮柱軸向變形時框架的剪切剛度第14頁/共49頁 2、連梁的約束剛度 框架-剪力墻剛結(jié)體系的連梁進入墻的部分剛度很大，因此連梁應(yīng)作為帶剛域的梁進行分析。剪力墻 間的連梁是兩端帶剛域的梁圖 7.2.6(a)，剪力墻與框架間的連梁

11、是一端帶剛域的梁圖 7.2.6(b)。第15頁/共49頁 1） 兩端帶剛域的連梁 2） 一端帶剛域的連梁 第16頁/共49頁 3）連梁的線約束剛度注：A、當(dāng)?shù)趇 層的同一層內(nèi)有 s 根剛結(jié)連梁時，總連梁的線約束剛度為 B、當(dāng)各層總連梁的Cbi不同時，可近似地以各層的Cbi按高度取加權(quán)平均值 第17頁/共49頁 3、剪力墻的彎曲剛度 總剪力墻的等效剛度為結(jié)構(gòu)單元內(nèi)同一方向(橫向或縱向)所有剪力墻等效剛度之和，即291HAIEIEIwwweq第18頁/共49頁 7.3 框架-剪力墻鉸結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析 問題：連續(xù)柵片法的基本思路？ 連續(xù)柵片法是沿結(jié)構(gòu)的豎向采用連續(xù)化假定，即把連桿作為連續(xù)柵片。這個假定

12、使總剪力墻與總框架不僅在每一樓層標(biāo)高處具有相同的側(cè)移，而且沿整個高度都有相同的側(cè)移，從而使計算簡化到能用四階微分方程來求解。連續(xù)柵片法 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 基本假定 求解超靜定結(jié)構(gòu) 一個未知力的超靜定結(jié)構(gòu) 微分方程的建立22d yEIMdz 求解內(nèi)力 微分關(guān)系求解內(nèi)力第19頁/共49頁 將集中荷載在層高內(nèi)連續(xù)化：第20頁/共49頁 7.3.1 基本方程及其一般解1、基本方程：第21頁/共49頁 見 7.2.4第22頁/共49頁 注： 是一個與框架和剪力墻的剛度比有關(guān)的參數(shù)，對框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力和變形特征有重 大影響。 第23頁/共49頁 2、求解

13、 第24頁/共49頁 7.3.2 水平均布荷載作用下內(nèi)力及側(cè)移計算1、通解：2、約束條件：第25頁/共49頁 3、表達式：第26頁/共49頁 7.3.3 倒三角形分布水平荷載作用下內(nèi)力及側(cè)移計算（推導(dǎo)如前，略）7.3.4 頂點集中水平荷載作用下內(nèi)力及側(cè)移計算（推導(dǎo)如前，略）第27頁/共49頁7.4 框架-剪力墻剛結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析問題：框架-剪力墻剛結(jié)體系與鉸接體系有何異同？鉸接連桿剛性連桿總框架總剪力墻總框架總剪力墻 相同之處總剪力墻與總框架通過連桿傳遞之間的相互作用力。 不同之處剛接體系中連桿對總剪力墻的彎曲有一定的約束作用。第28頁/共49頁 微分方程的求解 求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程

14、 計算模型的簡化 基本假定 求解超靜定結(jié)構(gòu) 二個未知力的超靜定結(jié)構(gòu) 求解內(nèi)力 微分關(guān)系求解內(nèi)力問題：框架-剪力墻剛結(jié)體系求解的基本思路？ 微分方程的建立22d yEIMdzwfq( z )q ( z )q ( z )平衡條件第29頁/共49頁7.4.1 基本微分關(guān)系1）把框架-剪力墻結(jié)構(gòu)沿連梁的反彎點切開；（注意反彎點位置）2）連梁的軸力體現(xiàn)了總框架與總剪力墻之間相互作用的水平力 qf(z) ；3）把總連梁沿高度連續(xù)化后，連梁剪力就化為沿高度連續(xù)分布的剪力v(z) ；總框架總剪力墻( )q z( )fqz( )v z基本假定第30頁/共49頁4）將分布剪力向剪力墻軸線簡化，則剪力墻將產(chǎn)生分布軸

15、力 v( z) 和線約束彎矩 m( z) 。對總剪力墻截面形心取矩總剪力墻( )q z( )fqz( )v z( )q z( )fqz( )m z第31頁/共49頁1、平衡條件求wfq ( z )q ( z )、第32頁/共49頁2、總剪力墻內(nèi)力與位移的微分關(guān)系wq ( z )第33頁/共49頁第34頁/共49頁3、總連梁內(nèi)力與位移的微分關(guān)系 第35頁/共49頁4、總框架內(nèi)力與位移的微分關(guān)系 總框架剪力V f 與樓層間的剪切角 的關(guān)系如式（7.2.3）所示。fq ( z )第36頁/共49頁7.4.2 基本方程及其解1、基本方程注：1）式（7.4.8）即為框架-剪力墻剛結(jié)體系的微分方程，與式（

16、7.3.2）形式上完全相同。 2）與鉸結(jié)體系的剛度特征值（式7.3.3）相比，上式僅在根號內(nèi)分子項多了一項C b ， 當(dāng)C b 0 時，上式就轉(zhuǎn)化為式（7.3.3），C b 反映了連梁對剪力墻的約束作用。 將 帶入7.4.1 中，得：wfq ( z )q ( z )、第37頁/共49頁7.4.2 基本方程及其解2、求解第38頁/共49頁3、剛結(jié)與鉸結(jié)體系比較注：二者的不同之處主要體現(xiàn)在連梁對剪力墻的約束作用。 7.4.3 總框架剪力 V f 和總連梁線約束彎矩 m 的另一種算法（略）第39頁/共49頁7.4.4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力和側(cè)移特征1、結(jié)構(gòu)側(cè)向位移特征第40頁/共49頁2、荷載與剪

17、力的分布特征注：框架承受的荷載在上部為正，下部為負。這是因為剪力墻和框架單獨承受水平荷載時，二者的變形曲線不同。 當(dāng)二者協(xié)同工作時，變形形式必須一致，因此二者間必然產(chǎn)生上述荷載形式。 第41頁/共49頁注：基底處框架不承擔(dān)剪力，全部剪力由剪力墻承擔(dān)。 第42頁/共49頁注：1）隨值增大，框架最大剪力位置0 向結(jié)構(gòu)底部移動。 通常在 1.03.0 范圍內(nèi)變化，因此框架最大剪力的位置大致處于結(jié)構(gòu)中部附近，而不在結(jié)構(gòu)底部，這與純框架結(jié)構(gòu)不同。 2）與純框架結(jié)構(gòu)相比，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中V f 沿高度分布相對比較均勻，這對框架底部受力比較有利。第43頁/共49頁3、連梁剛結(jié)對側(cè)移和內(nèi)力的影響 第44頁/共49頁 7.5 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算步驟及計算實例 7.5.1 內(nèi)力計算步驟、總框架、總連梁及總剪力墻內(nèi)力第45頁/共49頁 、構(gòu)件內(nèi)力1） 框架梁柱內(nèi)力 根據(jù)各層框架的總剪力Vf（經(jīng)過調(diào)整后），可用 D 值法計算梁柱內(nèi)力，計算公式及步驟見 5.4.2 小節(jié)。問題：框架-剪力結(jié)體中各層框架的