6框架-剪力墙结构设计ppt课件

1、6框架-剪力墙构造设计 知识构造 6.1 6.1 构造布置构造布置 6.2 6.2 根本假定与计算简图根本假定与计算简图 6.3 6.3 框架框架- -剪力墙铰结体系构造分析剪力墙铰结体系构造分析 6.4 6.4 框架框架- -剪力墙刚结体系构造分析剪力墙刚结体系构造分析 6.5 6.5 框架框架- -剪力墙构造内力计算步骤剪力墙构造内力计算步骤 6.1 构造布置 1总体平面布置、竖向布置及变形缝设置等 2详细布置除应符合下述的规定外，其框架和剪力墙的布置尚应分别符合框架构造和剪力墙构造的有关规定。一、根本要求一、根本要求1 1、双向抗侧力体系、双向抗侧力体系 1 1在框架在框架- -剪力墙构

2、造中，框架与剪力墙协同任剪力墙构造中，框架与剪力墙协同任务共同抵抗程度荷载，其中剪力墙是构造的主要抗务共同抵抗程度荷载，其中剪力墙是构造的主要抗侧力构件。侧力构件。 2 2为了使框架为了使框架- -剪力墙构造在两个主轴方向均具剪力墙构造在两个主轴方向均具有必需的程度承载力和侧向刚度，应在两个主轴方有必需的程度承载力和侧向刚度，应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，构成双向抗侧力体系。向均匀布置剪力墙，构成双向抗侧力体系。 3 3假设仅在一个主轴方向布置剪力墙，将呵斥假设仅在一个主轴方向布置剪力墙，将呵斥两个主轴方向构造的程度承载力和侧向刚度相差悬两个主轴方向构造的程度承载力和侧向刚度相差悬殊，能够使

3、构造整体改动，对构造抗震不利。殊，能够使构造整体改动，对构造抗震不利。2 2、节点刚性衔接与构件对中布置、节点刚性衔接与构件对中布置 1 1在框架在框架- -剪力墙构造中，为了保证构造的整体刚度和几何剪力墙构造中，为了保证构造的整体刚度和几何不变性，同时为提高构造在大震作用下的稳定性而添加其赘不变性，同时为提高构造在大震作用下的稳定性而添加其赘余约束，主体构造构件间的衔接节点应采用刚接。余约束，主体构造构件间的衔接节点应采用刚接。 2 2梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合，以使内力传送和梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合，以使内力传送和分布合理，且保证节点中心区的完好性。分布合理，且保证节点中心区

4、的完好性。 二、框架二、框架- -剪力墙构造中剪力墙的布置剪力墙构造中剪力墙的布置1 1、剪力墙的数量、剪力墙的数量 1 1在框架在框架- -剪力墙构造中，构造的侧向刚度主要由同方剪力墙构造中，构造的侧向刚度主要由同方向各片剪力墙截面弯曲刚度的总和向各片剪力墙截面弯曲刚度的总和EcIwEcIw控制，构造的程度位控制，构造的程度位移随移随 EcIw EcIw 增大而减小。增大而减小。 3 3普通以满足构造的程度位移限值作为设置剪力墙数普通以满足构造的程度位移限值作为设置剪力墙数量的根据较为适宜。量的根据较为适宜。 2 2剪力墙数量也不宜过多，否那么地震作用相应添加，剪力墙数量也不宜过多，否那么地

5、震作用相应添加，还会使绝大部分程度地震力被剪力墙吸收，框架的作用不能还会使绝大部分程度地震力被剪力墙吸收，框架的作用不能充分发扬，既不合理也不经济。充分发扬，既不合理也不经济。2 2、剪力墙的布置、剪力墙的布置 (1) (1) 剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面外形变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不电梯间、平面外形变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不宜过大；平面外形凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布宜过大；平面外形凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。置剪力墙。 (2) (2) 纵、横向剪力墙宜组成纵、横向剪力墙宜组

6、成 L L 形、形、T T 形和匚形等方式，形和匚形等方式，以使纵墙横墙可以作为横墙纵墙的翼缘；楼、电梯以使纵墙横墙可以作为横墙纵墙的翼缘；楼、电梯间等竖井宜尽量与接近的抗侧力构造结合布置，以加强其空间等竖井宜尽量与接近的抗侧力构造结合布置，以加强其空间刚度和整体性。间刚度和整体性。 (3) (3) 剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承当的剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承当的程度剪力不宜超越构造底部总剪力的程度剪力不宜超越构造底部总剪力的40%40%，以，以 免构造的刚免构造的刚度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及不合

7、理的根底设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可用不合理的根底设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可用门窗洞口或施工洞构成联肢墙。门窗洞口或施工洞构成联肢墙。均匀、分散、对称、周边均匀、分散、对称、周边 5 5保证框架与剪力墙协同任务，其剪力墙的布置宜符保证框架与剪力墙协同任务，其剪力墙的布置宜符合以下要求：合以下要求：1) 1) 横向剪力墙沿房屋长方横向剪力墙沿房屋长方 向的间距宜满足下向的间距宜满足下表表 的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；墙的间距应适当减小；2) 2) 纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的纵向剪力墙不宜

8、集中布置在房屋的两尽端。两尽端。 4 4剪力墙宜贯穿建筑物全高，防止刚度突变；剪力墙剪力墙宜贯穿建筑物全高，防止刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上、下对齐。抗震设计时，剪力墙的布置宜开洞时，洞口宜上、下对齐。抗震设计时，剪力墙的布置宜使构造各主轴方向的侧向刚度接近。使构造各主轴方向的侧向刚度接近。B B为楼面宽度为楼面宽度三、三、 梁、柱截面尺寸及剪力墙数量的初步拟定梁、柱截面尺寸及剪力墙数量的初步拟定1 1、梁、柱截面尺寸、梁、柱截面尺寸 框架梁截面尺寸普通根据工程阅历确定，框架柱截面尺寸框架梁截面尺寸普通根据工程阅历确定，框架柱截面尺寸可根据轴压比要求确定，详见框架构造部分。可根据轴压比要求

9、确定，详见框架构造部分。2 2、剪力墙数量、剪力墙数量 在初步设计阶段，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积在初步设计阶段，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积 Aw Aw 和全部柱截面面积和全部柱截面面积 Ac Ac 之和与楼面面积之和与楼面面积 Af Af 的比值，或者采用全的比值，或者采用全部剪力墙截面面积部剪力墙截面面积AwAw与楼面面积与楼面面积Af Af 的比值，来粗估剪力墙的的比值，来粗估剪力墙的数量。数量。一、一、 框架与剪力墙的协同任务框架与剪力墙的协同任务1 1、定义：、定义： 框架框架- -剪力墙构造是由框架和剪力墙组成的构造体系。在剪力墙构造是由框架和剪力墙组成的构造体系。在程

10、度荷载作用下，平面内刚度很大的楼盖将二者衔接在一同程度荷载作用下，平面内刚度很大的楼盖将二者衔接在一同组成框架组成框架- -剪力墙构造时，二者之间存在协同任务问题。剪力墙构造时，二者之间存在协同任务问题。 6.2 6.2 根本假定与计算简图根本假定与计算简图 2 2、特点：、特点： 1 1在程度荷载作用下，单独剪力墙的变形曲线以弯曲变形在程度荷载作用下，单独剪力墙的变形曲线以弯曲变形为主；单独框架的变形曲线以整体剪切变形为主。为主；单独框架的变形曲线以整体剪切变形为主。 2 2在框架在框架- -剪力墙构造中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪力墙构造中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。在构造下

11、部，剪力墙的位移比框架小，墙将框架剪切型之间。在构造下部，剪力墙的位移比框架小，墙将框架向左拉，框架将墙向右拉；在构造上部，剪力墙的位移比框架向左拉，框架将墙向右拉；在构造上部，剪力墙的位移比框架大，框架将墙向左推，墙将框架向右推。大，框架将墙向左推，墙将框架向右推。 3 3二者之间存在协同任务使框架二者之间存在协同任务使框架- - 剪力墙构造的侧移大大剪力墙构造的侧移大大减小，内力分布更趋合理。减小，内力分布更趋合理。二、二、 根本假定与计算简图根本假定与计算简图1 1、根本假定：、根本假定： 1 1楼板在本身平面内的刚度为无限大。这保证了楼板在本身平面内的刚度为无限大。这保证了楼板将整个构

12、造单元内的一切框架和剪力墙连为整体，楼板将整个构造单元内的一切框架和剪力墙连为整体，不产生相对变形。不产生相对变形。 2 2房屋的刚度中心与作用在构造上的程度荷载房屋的刚度中心与作用在构造上的程度荷载风荷载或程度地震作用的合力作用点重合，风荷载或程度地震作用的合力作用点重合， 在程在程度荷载作用下房屋不产生绕竖轴的改动。度荷载作用下房屋不产生绕竖轴的改动。注：注： 1 1在这两个根本假定的前提下，同一楼层标高处，各榀框在这两个根本假定的前提下，同一楼层标高处，各榀框架和剪力墙的程度位移相等。架和剪力墙的程度位移相等。 2 2可将构造单元内一切剪力墙综合在一同，构成一榀假想可将构造单元内一切剪力

13、墙综合在一同，构成一榀假想的总剪力墙，总剪力墙的弯曲刚度等于各榀剪力墙弯曲刚度之的总剪力墙，总剪力墙的弯曲刚度等于各榀剪力墙弯曲刚度之和；把构造单元内一切框架综合起来，构成一榀假想的总框架，和；把构造单元内一切框架综合起来，构成一榀假想的总框架，总框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。总框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。2、计算模型1分类： 按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者能否思索这些连梁对剪力墙转动的约束作用，将框架-剪力墙构造分为： 框架-剪力墙铰结体系、 框架-剪力墙刚结体系。2 2特点：特点：1 1框架框架- -剪力墙铰结体系剪力墙铰结体系 以下图框架与剪力墙经过

14、楼板衔接以下图框架与剪力墙经过楼板衔接 对于图对于图 所示构造单元平面，如沿房屋横向的所示构造单元平面，如沿房屋横向的 3 3 榀剪力墙均榀剪力墙均为双肢墙为双肢墙3 3片双肢墙，因连梁的转动约束作用已思索在双肢片双肢墙，因连梁的转动约束作用已思索在双肢墙的刚度内，那么总框架与总剪力墙之间可按铰结思索。连杆墙的刚度内，那么总框架与总剪力墙之间可按铰结思索。连杆是刚性的即是刚性的即EAEA，反映了刚性楼板的假定，保证总框架，反映了刚性楼板的假定，保证总框架与总剪力墙在同一楼层标高处的程度位移相等。与总剪力墙在同一楼层标高处的程度位移相等。2 2框架框架- -剪力墙刚结体系剪力墙刚结体系 框架与剪

15、力墙经过梁衔接框架与剪力墙经过梁衔接 框架框架- -剪力墙刚结体系。对于图剪力墙刚结体系。对于图 所示构造单元平面，沿房所示构造单元平面，沿房屋横向有屋横向有 3 3 片剪力墙，剪力墙与框架之间有连梁连结，当思索片剪力墙，剪力墙与框架之间有连梁连结，当思索连梁的转动约束作用时，连梁一端可按刚结剪力墙思索，另一连梁的转动约束作用时，连梁一端可按刚结剪力墙思索，另一端铰接框架端铰接框架其横向计算简图如图其横向计算简图如图 (b) (b)所示。总连梁代表轴线所示。总连梁代表轴线 3 3 列连梁列连梁的综合。的综合。 刚结体系刚结体系当连梁的刚度较大当连梁的刚度较大时时铰结体系铰结体系当连梁的刚度当连

16、梁的刚度较小；或连梁较小；或连梁的转动约束作的转动约束作用已思索在双用已思索在双肢墙的刚度内肢墙的刚度内时时综合框架综合剪力墙铰接连杆综合框架综合剪力墙刚性连杆1 1、总框架的剪切刚度、总框架的剪切刚度1 1定义：框架柱的侧向刚度、总框架的剪切刚度定义：框架柱的侧向刚度、总框架的剪切刚度 框架柱的侧向刚度框架柱的侧向刚度D D ：使框架柱两端产生单位相对侧移所：使框架柱两端产生单位相对侧移所需施加的程度剪力需施加的程度剪力 总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度CfCf：使总框架在楼层间产生单位剪切变：使总框架在楼层间产生单位剪切变形形 =1 =1所需施加的程度剪力所需施加的程度剪力三、根本计算参数

17、三、根本计算参数 框架框架- -剪力墙构造分析时，需确定总剪力墙的等剪力墙构造分析时，需确定总剪力墙的等效弯曲刚度、总框架的剪切刚度和总连梁的等效效弯曲刚度、总框架的剪切刚度和总连梁的等效 抗抗弯刚度。弯刚度。2 2总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度2 2、连梁的约束刚度、连梁的约束刚度 框架框架- -剪力墙刚结体系的连梁进入墙的部分刚度很大，因剪力墙刚结体系的连梁进入墙的部分刚度很大，因此连梁应作为带刚域的梁进展分析。剪力墙此连梁应作为带刚域的梁进展分析。剪力墙 间的连梁是两端间的连梁是两端带刚域的梁带刚域的梁 图图 (a) (a)，剪力墙与框架间的连梁是一端带刚域的，剪力墙与框架间的连梁是一

18、端带刚域的梁梁 图图 (b) (b)。1 1 两端带刚域的连梁两端带刚域的连梁 2 2 一端带刚域的连梁一端带刚域的连梁 3 3连梁的线约束刚度连梁的线约束刚度注：注：A A、当第、当第i i 层的同一层内有层的同一层内有 s s 根刚结连梁时，总连梁的线约束刚度为根刚结连梁时，总连梁的线约束刚度为 B B、当各层总连梁的、当各层总连梁的CbiCbi不同时，可近似地以各层的不同时，可近似地以各层的CbiCbi按高度取加权平均值按高度取加权平均值 3 3、剪力墙的等效弯曲刚度、剪力墙的等效弯曲刚度 总剪力墙的等效刚度为构造单元内同一方向总剪力墙的等效刚度为构造单元内同一方向( (横向或纵向横向或

19、纵向) )一切一切剪力墙等效刚度之和，即剪力墙等效刚度之和，即291HAIEIEIwwweq根据剪力墙类别，分别计算各墙肢的等效刚度，然后求和。根据剪力墙类别，分别计算各墙肢的等效刚度，然后求和。例题：剪力墙与框架经过楼板与梁衔接，阐明图中横向例题：剪力墙与框架经过楼板与梁衔接，阐明图中横向框架一剪力墙构造计算简图中的总剪力墙、总框架和总框架一剪力墙构造计算简图中的总剪力墙、总框架和总连梁各代表实践构造中的哪种详细构件？各用什么参数连梁各代表实践构造中的哪种详细构件？各用什么参数表示其刚度特征？每片剪力墙为双肢墙表示其刚度特征？每片剪力墙为双肢墙总剪力墙有5片，、轴线各两片，轴线一片，用等效弯

20、曲刚度5片双肢墙表示其总刚度特征；总框架有7榀，其中轴线为三跨框架，轴线为单跨框架，用剪切刚度表示其总框架刚度特征；总连梁有3列，为轴线三列连梁的综合，用等效抗弯刚度来表示其刚度特征。问题：延续栅片法的根本思绪？问题：延续栅片法的根本思绪？ 延续栅片法是沿构造的竖向采用延续化假定，即把连杆作为延续栅片。这个假定使总剪力墙与总框架不仅在每一楼层标高处具有一样的侧移，而且沿整个高度都有一样的侧移，从而使计算简化到能用四阶微分方程来求解。延续栅片法 微分方程的求解 求解四阶常系数非齐次线性微分方程 计算模型的简化 根本假定 求解超静定构造 一个未知力的超静定构造 微分方程的建立22dyEIMdz 求

21、解内力 微分关系求解内力 6.3 框架-剪力墙铰结体系构造分析 将集中荷载在层高内延续化： 一、根本方程及其普通解一、根本方程及其普通解力荷载平衡条件：力荷载平衡条件：变形协调条件变形协调条件wFwPFppqVVVyyyFw 力与变形关系力与变形关系 剪力墙剪力墙 框架框架22wwd yEIMdz3344wwwwwwd yEIVdzd yEIPdz22FFFFFFFdyd yCCVCPdzdz 1 1、根本方程：、根本方程：( )ffdVqzdz 22FFFFFFFdyd yCCVCPdzdz 注：注： 是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对框是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对框架

22、架剪力墙构造的受力和变形特征有艰苦影响。剪力墙构造的受力和变形特征有艰苦影响。 44( )( )c eqfd yE Iq zqzdz22( )ffd yqzCdz wFppq2、求解 1 1二、程度均布荷载作用下内力及侧移计算二、程度均布荷载作用下内力及侧移计算1 1、通解：、通解：2、约束条件：424242( )ceqd yd yqHddE I当作用均布荷载时( )qq2212fqHyC 13、表达式：4 4、计算图表的运用、计算图表的运用1 1根据荷载方式有三种、刚度特征值根据荷载方式有三种、刚度特征值和高度坐标和高度坐标查图表得系数查图表得系数00/ )(/ )(/ )(VVMMfyWV

23、WmHy2 2根据荷载方式按悬臂杆计算顶点侧移根据荷载方式按悬臂杆计算顶点侧移fHfH，底截面弯矩，底截面弯矩M0M0和底截面剪力和底截面剪力V0V03 3计算构造顶点侧移计算构造顶点侧移y y、总剪力墙弯矩、总剪力墙弯矩MwMw和剪力和剪力VWVW以及总以及总框架剪力框架剪力VFVF0MMfyyymWHyFWWPFVWVVVVV06.4 6.4 框架框架- -剪力墙刚结体系构造分析剪力墙刚结体系构造分析问题：框架问题：框架- -剪力墙刚结体系与铰接体系有何异同？剪力墙刚结体系与铰接体系有何异同？铰接连杆刚性连杆总框架总剪力墙总框架总剪力墙 一样之处一样之处总剪力墙与总框架经过连杆传送之间的相

24、互作用力。总剪力墙与总框架经过连杆传送之间的相互作用力。 不同之处不同之处刚接体系中连杆对总剪力墙的弯曲有一定的约束作用。刚接体系中连杆对总剪力墙的弯曲有一定的约束作用。 刚结体系与铰结体系的主要区别在于：总剪力墙与总框架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，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，将剪力向墙肢截面形心取矩，并沿高度延续化，还有剪力，将剪力向墙肢截面形心取矩，并沿高度延续化，便构成分布的约束弯矩便构成分布的约束弯矩 m mz z，即连梁对墙肢具有约束作，即连梁对墙肢具有约束作用用( )P z(

25、 )P z( )mz 微分方程的求解 求解四阶常系数非齐次线性微分方程 计算模型的简化 根本假定 求解超静定构造 二个未知力的超静定构造 求解内力 微分关系求解内力问题：框架-剪力墙刚结体系求解的根本思绪？ 微分方程的建立22d yEIMdzwfq( z )q ( z )q ( z )平衡条件一、根本微分关系一、根本微分关系1把框架-剪力墙构造沿连梁的反弯点切开；留意反弯点位置2连梁的轴力表达了总框架与总剪力墙之间相互作用的程度力 qf(z) ；3把总连梁沿高度延续化后，连梁剪力就化为沿高度延续分布的剪力v(z) ；总框架总剪力墙( )q z( )fqz( )v z根本假定根本假定4将分布剪力

26、向剪力墙轴线简化，那么剪力墙将产生分布轴力 qf( z) 和线约束弯矩 m( z) 。对总剪力墙截对总剪力墙截面形心取矩面形心取矩总剪力墙( )q z( )fqz( )v z( )q z( )fqz( )m z1、平衡条件求wfq ( z )q ( z )、对总剪力墙截对总剪力墙截面形心取矩面形心取矩总剪力墙( )q z( )fqz( )v z( )q z( )fqz( )m z2、总剪力墙内力与位移的微分关系wq ( z )( )( )( )wfq zqzqz3 3、总连梁内力与位移的微分关系、总连梁内力与位移的微分关系 4 4、总框架内力与位移的微分关系、总框架内力与位移的微分关系 总框架

27、剪力总框架剪力V f V f 与楼层间的剪切角与楼层间的剪切角 的关系的关系fq ( z )二、根本方程及其解1、根本方程注：注：1 1上式为框架上式为框架- -剪力墙刚结体系的微分方程，与铰接体系方式上完全一样。剪力墙刚结体系的微分方程，与铰接体系方式上完全一样。 2 2与铰结体系的刚度特征值相比，上式仅在根号内分子项多了一项与铰结体系的刚度特征值相比，上式仅在根号内分子项多了一项C b C b ， 当当C b C b 0 0 时，上式就转化为铰接体系时，上式就转化为铰接体系 ，C b C b 反映了连梁对剪力墙的约束作用。反映了连梁对剪力墙的约束作用。 ( )( )( )wfq zqzqz2、求解2三、框架三、框架- -剪力墙构造的受力和侧移特征剪力墙构造的受力和侧移特征1