6 框架-剪力墙结构【ppt】.ppt

1、6 框架剪力墙结构设计,概述 框架剪力墙协同工作原理 铰结体系在水平荷载下的计算 刚结体系在水平荷载下的计算 内力计算,6.1 概述,1、特点： 1）空间布置灵活、刚度大；2）弯剪变形；3）受力合理；4）多道设防；5）层间位移最大值在（0.40.8）H范围；6）规格少，有利于施工。 2、梁的种类及其设计方法：A、B、C 3、适用高度及高宽比见表2.1、2.2、2.3、2.4 4、剪力墙的合理数量,首先，墙量要适当，过少刚度不足，而过多则刚度过大，反会引起较大的地震作用效应。其次，应通过布置剪力墙的位置使整体结构的刚心尽量与房屋质心重合以免引起结构过大的扭转。具体布置时，应尽量做到： 1）剪力墙

2、宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构两个主轴方向的侧向刚度接近,2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙; 3）纵、横剪力墙宜组成 L形、T形和形等型式； 4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40，以免受力过分集中； 5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐； 6）楼、电梯间等竖井的设置，宜尽量与其附近的框架或剪力墙的布置相结合，使之形成连续、完整的抗侧力结构,6.1框架剪力墙协同工作原理,一、框架剪力墙结构的变形与受力特征,框架

3、 剪切形,剪力墙 弯曲形,框架-剪力墙 弯曲-剪切形,6.1框架剪力墙协同工作原理,一、框架剪力墙结构的变形与受力特征 对比： 框架剪切型层剪力按照D值分配 剪力墙弯曲型层剪力按照EI值分配 框剪弯剪型层剪力按照？分配,在下部：剪力墙帮框架受剪框架底部剪力减少 在上部：框架帮剪力墙受剪框架顶部剪力加大 框架剪力墙结构中的框架，其所受剪力以及层间变形趋于均匀化,二、基本假定,框架剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析是一个三维超静定问题，通常把它简化为平面结构来计算，并在结构分析中作如下基本假定： (1)楼板在自身平面内的刚度无限大。这一假定保证楼板将整个计算区段内的框架和剪力墙连成一个整体，

4、在水平荷载作用下，框架和剪力墙之间不产生相对位移。 (2)当结构体型规则、剪力墙布置比较对称均匀时，结构在水平荷载作用下不计扭转的影响；否则虑扭转的彤响。 (3)不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响,在以上基本假定的前提下，计算区段内结构在水平荷载作用下，处于同一楼面标高处各片剪力墙及框架的水平位移相同。此时，可把所有剪力墙综合在一起成总剪力墙；将所有框架综合在一起成总框架。 铰结体系：楼板的作用是保证各片平面结构具有相同的水平侧移，但楼面外刚度为零，它对各平面结构不产生约束弯短，可以把楼板简化成铰结连杆。铰结连杆、总框架、总剪力墙构成。 刚结体系：这种体系包括总剪力墙、总框架和刚性

5、连杆。此连杆实为一连梁，连接剪力墙和框架。该梁对剪力墙有约束作用，视为刚接，该梁对柱也有约束作用，此约束作用反映在柱的抗侧刚度D中,三、计算基本思想（合分再分） 本章介绍手算的位移协同工作计算方法（连续分析法，可查表） （1）首先将所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架 （2）把总剪力墙与总框架之间的联系连续化，根据力平衡条件。变形协调条件和力与变形物理关系剪力微分方程（协调工作）解决荷载在总剪力墙与总框架之间的分配，得到各自的总内力和共同的变形曲线 （3）总剪力墙的总内力按各片墙的等效抗弯刚度EI分配到各片墙，总框架的总内力按各柱的抗侧刚度D值分配至各柱,四、两种计算简图 根据总剪力

6、墙与总框架之间的联系性质，框架剪力墙结构的计算简图可分为两类铰结体系与刚结体系 （1）通过楼板联系，楼板的作用是保证各片平面结构结构具有相同的水平侧移，它对各平面不产生约束弯矩简化为铰结连梁，形成铰结体系,总剪力墙,总框架,6.1框架剪力墙协同工作原理,2)通过楼板和连梁联系简化为刚结连梁，形成刚结体系 主要考虑连梁对剪力墙的刚结端，当梁很弱时也可忽略其约束作用而处理成铰结端；框架与总连梁间为铰结，表示楼板的连接作用，至于梁对框架柱的约束作用将反映在D值中,总剪力墙,总框架,6.2 铰结体系协同工作计算,1、总剪力墙及总框架的刚度计算 总剪力墙抗弯刚度 ， 为每片墙的等效抗弯刚度 总框架抗推刚

7、度 ，表示产生单位层间角位移所需的推力，如下图所示,框架抗剪刚度,框架的D值,6.2 铰结体系协同工作计算,上式联立，经整理可得,引入,称为刚度特征值,则得,根据荷载形式（有三种）、刚度特征值和高度坐标查图表得系数,根据荷载形式按悬臂杆计算顶点侧移fH，底截面弯矩M0和底截面剪力V0 计算结构顶点侧移y、总剪力墙弯矩Mw和剪力VW以及总框架剪力VF,6.3 刚结体系协同工作计算,刚结体系与铰结体系的主要区别在于：总剪力墙与总框架之间的连梁对墙肢有约束弯矩。即连梁切开后，除轴力外，还有剪力和弯矩，将剪力、弯矩向墙肢截面形心取矩，并沿高度连续化，便形成分布的约束弯矩 m（x），如图。即连梁对墙肢具

8、有约束作用,6.3 刚结体系协同工作计算,1、刚结连梁对墙肢端约束弯矩m(x)的计算,剪力墙与框 架间的连梁,剪力墙之 间的连梁,刚域取法和连梁约束弯矩系数参照壁式框架,6.3 刚结体系协同工作计算,1）两端有刚域的约束弯矩系数（连梁两端均为剪力墙,2）另一端有刚域的约束弯矩系数（连梁一端为剪力墙，另一端为框架,6.3 刚结体系协同工作计算,3）当转角为(x)，同一层有n个刚结点，并沿层高h离散使之连续化，则总线约束弯矩（沿h高度范围内的分布弯矩）为,连梁线性约束弯矩在总剪力墙x高度的截面处产生的弯矩为,相应的剪力(等代剪力,相应的荷载(等代荷载,产生此弯矩所对应的剪力和荷载分别为,6.3 刚

9、结体系协同工作计算,2、微分方程的建立（与铰结体系相仿,在连梁约束弯矩影响下，总剪力墒内力与弯曲变形的关系可参照下式,6.3 刚结体系协同工作计算,经整理可得,引入,则得,6.3 刚结体系协同工作计算,比较铰结体系 （1）微分方程相同，因此铰结体系中微分方程的解及图表对刚结体系均适用 （2）值的计算不同 （3）刚结体系的 相当于铰结体系的 ，因此剪力计算两者不同，即,用图表得,由平衡条件,铰结体系,刚结体系,式中,称为框架广义剪力,6.3 刚结体系协同工作计算,3、计算步骤 (1)由荷载形式、查图表，得系数 (2)按悬臂杆计算 (3)位移与内力 结构顶点位移 总剪力墙总弯矩 总框架广义剪力 总

10、框架总剪力 总连梁总约束弯矩 总剪力墙总剪力,6.4 构件 内力计算（内力的“再分配”,问题：求出总剪力墙、总框架、总连梁的内力后，如何计算各墙肢、框架梁、框架柱及连梁的内力 1、剪力墙的内力 按各片墙的等效抗弯刚度 分配总剪力墙的总内力，即,6.4 构件 内力计算（内力的“再分配”,2、框架梁柱的内力 按照各柱的抗侧刚度D值分配总框架的总剪力VF，并取各楼层上、下两层楼板标高处的VF的平均值作为该层柱中点（反弯点）的剪力，据此剪力按平衡条件再求梁柱的其他内力，各层柱中点的剪力为,6.4 构件内力计算（内力的“再分配”,3、连梁的内力 按连梁的刚结端刚度系数分配总连梁的总约束弯矩，得连梁在墙肢

11、轴线处的弯矩,再求连梁剪力及连梁在墙边处弯矩,墙肢转角相同，连梁反弯点在跨中点,6.5 讨论,1、刚度特征值对框架结构受力和位移特征的影响 刚度特征值，反映了框架抗推刚度（包括连梁约束刚度）与剪力墙抗弯刚度的比值影响。当0时即为纯剪力墙结构，当时即为纯框架结构 (1)位移曲线 6时，变形曲线呈剪切形 16时，变形曲线呈弯剪型（或反S型,6.5 讨论,2)剪力分配,沿高度 不成一定比例 在底部：剪力墙的剪力最大，框架的剪力为0(近似计算) 在上部：剪力墙出现负剪力，而框架承担的剪力比外荷载产生的剪力还要大 在顶部：剪力墙与框架的剪力都不等于0,6.5 讨论,3)水平荷载分配 对剪力 和 微分后可

12、得荷载 和 。 在底部：剪力墙所受的荷载 比外荷载 大，而框架承受反向荷载； 在顶部：剪力墙与框架有大小相等、方向相反的集中力，这是由于它们的顶部剪力不等于0的缘故,6.5 讨论,2、框剪结构设计中应注意的问题 框剪结构容易满足平面布置灵活和有较大抗侧刚度的要求。此外，由于框架与剪力墙协同工作，使框架层剪力分布，从底到顶趋于均匀（与纯框架结构中，框架层剪力上小下大不同），这对框架的设计十分有利框架柱和梁的断面尺寸和配筋可以上下比较均匀 由此可以看出三个值得注意的问题： （1）纯框架设计完毕后，如果又增加了一些剪力墙（例如电梯井，楼梯井等改成剪力墙），就必须按框架剪力墙结构重新核算 （2）剪力墙与框架协同工作的基本条件是：传递剪力的楼板必须有足够的整体刚度。因此框