框架剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算PPT（71頁）

1、主講：韓小雷（教授） 馬宏偉（講師） E-mail:高層建筑結(jié)構(gòu)1制作：韓小雷、馬宏偉要求：作業(yè)占2030分，三次以上不完成作業(yè)者取消考試資格，抄襲者視為沒完成作業(yè)者。上課三次以上缺席者取消考試資格。2制作：韓小雷、馬宏偉第五章 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算 本章教學目標 第一節(jié) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作原理 第二節(jié) 兩種計算簡圖 第三節(jié) 鉸結(jié)體系協(xié)同計算 第四節(jié) 剛結(jié)體系協(xié)同計算 第五節(jié) 剪力墻結(jié)構(gòu)受力、位移特征的影響 第六節(jié) 內(nèi)力計算3制作：韓小雷、馬宏偉本章教學目標通過本章學習，掌握框架剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作原理及特點。了解框架剪力墻結(jié)構(gòu)兩種計算圖形的劃分原則。了解鉸接與剛接體系計算方法的

2、推導過程，掌握其計算方法。了解兩種體系計算的異、同點。掌握剛度特征值對框架剪力墻結(jié)構(gòu)受力和位移的影響。掌握框架剪力墻結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件內(nèi)力的計算方法。 4制作：韓小雷、馬宏偉第一節(jié) 框剪結(jié)構(gòu)協(xié)同工作原理以及計算方法 框架剪力墻結(jié)構(gòu)由框架以及剪力墻兩類抗側(cè)力單元共同來抵抗水平力和豎向力。 5制作：韓小雷、馬宏偉變形特點：剪力墻變形以彎曲型變形為主框架變形以剪切型變形為主6制作：韓小雷、馬宏偉在同一結(jié)構(gòu)中，通過樓板把兩者聯(lián)系在一起，樓板在其本身平面內(nèi)剛度很大，它迫使框架和剪力墻在各層標高處共同變形。框 架：層間變形上小下大 剪力墻：層間變形上大下小框架剪力墻結(jié)構(gòu)的層間變形在下部小于純框 架，在上部小于純

3、剪力墻，共同作用曲線上、下層層間變形更加均勻7制作：韓小雷、馬宏偉受力特點：協(xié)同工作時，剪力墻單元剛度比框架大得多，剪力墻擔負大部分水平荷載。8制作：韓小雷、馬宏偉9制作：韓小雷、馬宏偉兩者之間相互作用力：剪力墻下部變形增大，框架減小，故下部為拉力上部正好相反，剪力墻變形減小，框架增大，故上部為推力。框架上部和下部所受剪力趨于均勻化。10制作：韓小雷、馬宏偉計算方法：1、桿件單元矩陣位移法：剪力墻簡化成大剛域平面框架。該方法考慮桿件軸、剪、彎的影響，同時考慮扭轉(zhuǎn)，計算結(jié)果較精確。這是目前大部分結(jié)構(gòu)通用計算程序所采用的方法，它建立在平面結(jié)構(gòu)假定的基礎(chǔ)上，這種程序稱為空間協(xié)同工作計算程序。2、手算

4、法：利用圖表，較適用于比較規(guī)則結(jié)構(gòu)中，可以得到滿意的結(jié)果。這種方法不考慮柱軸向變形影響，在高度較大的高層建筑中計算有誤差。11制作：韓小雷、馬宏偉上述兩種方法都基于平面結(jié)構(gòu)以及樓板在平面內(nèi)無限剛的假定。均是將縱向和橫向水平荷載分別進行計算。手算近似方法將所有剪力將合并為總剪力墻，所有框架合并成總框架，協(xié)同工作計算主要解決荷載在總剪力墻與總框架間的分配。得到各自的總內(nèi)力，并計算側(cè)移。每片剪力墻內(nèi)力，按各片墻等效剛度進行再分配，各個柱子水平剪力將按每個柱子D值進行再分配。12制作：韓小雷、馬宏偉第二節(jié) 兩種計算圖形 本節(jié)主要目的是確定如何歸并總剪力墻，總框架，以及如何確定剪力墻與總框架之間的聯(lián)系和

5、相互作用方式。剪力墻和框架間聯(lián)系有兩類一、通過樓板 樓板的作用是保證各片平面結(jié)構(gòu)具有相同的水平位移，但是假定樓板平面外剛度為0，其對各個平面結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生彎矩，聯(lián)系梁可以簡化成鉸結(jié)連桿。13制作：韓小雷、馬宏偉14制作：韓小雷、馬宏偉框架和剪力墻之間只通過樓板聯(lián)系，可簡化為鉸結(jié)體系?？偧袅Γ?片組成總框架：5片框架組成15制作：韓小雷、馬宏偉16制作：韓小雷、馬宏偉二、通過聯(lián)系梁 17制作：韓小雷、馬宏偉縱向：、軸均為2片墻間由聯(lián)系梁連接，聯(lián)系梁對墻會產(chǎn)生約束彎矩。總剪力墻：4片墻組成總框架：5片框架組成總連桿：聯(lián)系梁簡化為連桿，連桿與剪力墻相連端為剛結(jié)，與框架相連端仍為鉸結(jié)。包括4個剛結(jié)端18

6、制作：韓小雷、馬宏偉19制作：韓小雷、馬宏偉20制作：韓小雷、馬宏偉橫向：、軸又有剪力墻又有柱。一端與墻相連，一端與柱相連的梁也稱為聯(lián)系梁，該梁對墻、柱都會產(chǎn)生約束作用，對柱約束反映在D值中，故同、軸，連桿與剪力墻為剛結(jié)，與框架為鉸結(jié)?？偧袅Γ?片墻組成總框架：2框架6根柱子組成總連桿：包括8個剛結(jié)端當聯(lián)系梁剛度較小時，也可以忽略其對墻肢的約束作用，把連桿處理為鉸結(jié)。21制作：韓小雷、馬宏偉上面兩圖是框剪結(jié)構(gòu)簡化的兩種計算體系，分別為鉸結(jié)和剛結(jié)體系。包括：總剪力墻、總框架以及總連桿三部分。其中剛性連桿包括所有與墻肢相連的聯(lián)系梁剛結(jié)端。22制作：韓小雷、馬宏偉23制作：韓小雷、馬宏偉第三節(jié) 鉸

7、結(jié)體系協(xié)同計算工作計算一、總剪力墻以及總框架剛度計算 總剪力墻抗彎剛度為每片剪力墻抗彎剛度之和： 其中：k 剪力墻片數(shù) 每片墻的等效抗彎剛度，按第四章方法進行計算。24制作：韓小雷、馬宏偉總框架 為所有梁、柱單元總和，其剛度為所有柱抗推剛度的總和?？蚣芸雇苿偠鹊亩x：產(chǎn)生單位層間變形角所需的推力 根據(jù)柱D的定義， 可由柱D值計算。 25制作：韓小雷、馬宏偉26制作：韓小雷、馬宏偉 假定：1、總框架各層抗推剛度相等，均為 2、總剪力墻各層抗彎剛度相等，為 注意：實際工程中各層抗推剛度和抗彎剛度不可能相同，如果各層變化不大，本方法適用，相差過大，用加權(quán)平均方法可以得到 平均的 以及 值27制作：韓

8、小雷、馬宏偉28制作：韓小雷、馬宏偉29制作：韓小雷、馬宏偉二、計算公式 采用連續(xù)化方法，連桿切開后，將各層連桿中的未知力 化為未知函數(shù) 30制作：韓小雷、馬宏偉31制作：韓小雷、馬宏偉切開后的總剪力墻為靜定結(jié)構(gòu)，按照下圖中正符號規(guī)則，懸臂墻的彎曲變形與內(nèi)力有如下關(guān)系： 32制作：韓小雷、馬宏偉33制作：韓小雷、馬宏偉34制作：韓小雷、馬宏偉35制作：韓小雷、馬宏偉36制作：韓小雷、馬宏偉三、計算圖表 為使用方便，分別將三種水平荷載下的位移，彎矩以及剪力畫成曲線 37制作：韓小雷、馬宏偉求出系數(shù)后；用下式求出位移和內(nèi)力： 38制作：韓小雷、馬宏偉39制作：韓小雷、馬宏偉第四節(jié) 剛結(jié)體系協(xié)同工作

9、計算40制作：韓小雷、馬宏偉41制作：韓小雷、馬宏偉與鉸結(jié)體系間的主要區(qū)別：1、總剪力墻和總框架間的連桿對墻肢有約束彎矩作用。2、連桿切開后，連桿中除軸向力外，還有剪力和彎矩。42制作：韓小雷、馬宏偉43制作：韓小雷、馬宏偉將剪力和彎矩向墻肢截面形心軸取矩，就形成約束彎矩 。將約束彎矩及連梁軸力連續(xù)化后，可以得到基本計算體系。與鉸結(jié)體系相比：框架部分完全相同，但剪力墻部分增加了約束彎矩。44制作：韓小雷、馬宏偉一、剛結(jié)連桿桿端約束彎矩形成剛結(jié)連桿的聯(lián)系梁有兩種：1、墻肢與框架之間2、墻肢與墻肢之間 聯(lián)系梁均可以簡化成帶剛域的梁，剛域長度取為墻肢形心軸到連梁邊距離減去1/4連梁的高度45制作：韓

10、小雷、馬宏偉46制作：韓小雷、馬宏偉1、墻肢與墻肢之間 47制作：韓小雷、馬宏偉當兩端有轉(zhuǎn)角1，第5節(jié)中已得到了帶剛域桿的桿端彎矩系數(shù)：48制作：韓小雷、馬宏偉2、墻肢與框架之間 49制作：韓小雷、馬宏偉50制作：韓小雷、馬宏偉注意：實際工程中，上述方法計算出來的聯(lián)系梁彎矩往往過大，配筋過多，可以對梁彎矩進行塑性調(diào)幅。方法是降低聯(lián)系梁剛度。這即意味著聯(lián)系梁剛度大，彎矩反而大，不利于其承載。為了保證聯(lián)系梁的強度，我們應(yīng)該減小連梁的尺寸，而不應(yīng)該加大其尺寸。 51制作：韓小雷、馬宏偉將約束彎矩連續(xù)化，則第i個梁端單位高度上約束彎矩為： 當同一層有n個剛結(jié)結(jié)點時候（與墻肢相交的結(jié)點），總連桿約束彎矩

11、為52制作：韓小雷、馬宏偉n個剛結(jié)結(jié)點統(tǒng)計方法：每根兩端剛域聯(lián)系梁為2個， mab指m12或m21,一端剛域的梁只有一個。假定：框架從底層到頂層層高以及桿件截面都不變，沿著高度連桿約束剛度為常數(shù)。從而梁端轉(zhuǎn)角為 時候梁端約束彎矩： 當實際結(jié)構(gòu)中各層不同時，取各層約束剛度加權(quán)平均值為連梁約束剛度53制作：韓小雷、馬宏偉二、計算公式 54制作：韓小雷、馬宏偉剪力墻： 將微段上所有力對點A（下橫截面形心）取矩，則為零55制作：韓小雷、馬宏偉56制作：韓小雷、馬宏偉57制作：韓小雷、馬宏偉此方程與鉸結(jié)體系完全相同，故鉸結(jié)體系中所有微分方程解對剛結(jié)體系均適用，圖表也適用。區(qū)別：58制作：韓小雷、馬宏偉5

12、9制作：韓小雷、馬宏偉計算步驟： 60制作：韓小雷、馬宏偉第五節(jié) 框剪結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移特征框剪結(jié)構(gòu)的剛度特征值為框架抗推剛度（或廣義抗推剛度包括聯(lián)系梁約束剛度）與剪力墻抗彎剛度的比值。 61制作：韓小雷、馬宏偉62制作：韓小雷、馬宏偉一、位移曲線 63制作：韓小雷、馬宏偉在均布荷載下：框剪結(jié)構(gòu)的剛度特征值很小時候，剪力墻作用大，變形曲線呈彎曲型?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的剛度特征值很大時候（大于6），框架作用大，變形曲線呈剪切型?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的剛度特征值在16之間時，位移曲線介于兩者之間，下部略帶彎曲型，上部略帶剪切型，成為彎剪型變形，上下層間變形較均勻。64制作：韓小雷、馬宏偉二、剪力分配 65制作：韓小雷、馬

13、宏偉兩者之間的剪力分配關(guān)系隨框剪結(jié)構(gòu)的剛度特征值而變，框剪結(jié)構(gòu)的剛度特征值很小時，剪力墻承擔大部分剪力，框剪結(jié)構(gòu)的剛度特征值很大時候，框架承擔大部分剪力。同時：框架與剪力墻間剪力分配在各層不相同。剪力墻下部承受大部分剪力，而框架下部剪力很小，框架底截面計算剪力為0，這是由于計算方法造成，不符合實際。上部剪力墻出現(xiàn)負剪力，框架擔負了較大的正剪力。頂部處，框架與剪力墻剪力都不是零。66制作：韓小雷、馬宏偉剪力墻及框架頂部剪力不為0的原因是由協(xié)調(diào)變形相互作用產(chǎn)生的。協(xié)同工作使得框架各層剪力趨于均勻，有利于框架柱的設(shè)計。梁、柱尺寸從上到下可以比較均勻。框架的剪力最大值在結(jié)構(gòu)中部某層，相對座標大約在0.30.6之間，隨剛度特征值的增大，最大剪力層向下移動?？梢愿鶕?jù)最大剪力值控制柱斷面配筋。67制作：韓小雷、