框架-剪力墙结构设计ppt课件

1、 金仁和金仁和7.1 构造布置了解构造布置了解7.2 根本假定与计算简图根本假定与计算简图 7.3 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 7.4 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7.5 框架框架-剪力墙构造内力计算步骤及计算实例了解剪力墙构造内力计算步骤及计算实例了解7.1 构造布置构造布置 1总体平面布置、竖向布置及变形缝设置等，见第总体平面布置、竖向布置及变形缝设置等，见第 2.2 节所述；节所述； 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符合框架构造和剪

2、力 墙构造的有关规定。墙构造的有关规定。7.1.1 根本要求根本要求1、双向抗侧力体系、双向抗侧力体系 1在框架在框架-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侧力构件。墙是构造的主要抗侧力构件。 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有必需的程度承载力和侧向刚度，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，应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，构成双向抗侧力体系。应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，构成双向抗侧力体系。 3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

3、度承载力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殊，能够使构造整体改动，对构造抗震不利。和侧向刚度相差悬殊，能够使构造整体改动，对构造抗震不利。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不变性，同时为提高构造在大震剪力墙构造中，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余约束，主体构造构件间的衔接节点应采用刚接。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。 2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，

4、且保证节点中心区的完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 整性。整性。 7.1.2 框架框架-剪力墙构造中剪力墙的布置了解剪力墙构造中剪力墙的布置了解1、剪力墙的数量、剪力墙的数量 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向各片剪力墙截面弯曲刚剪力墙构造中，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度的总和EcIw控制，构造的程度位移随控制，构造的程度位移随 EcIw 增大而减小。增大而减小。 3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。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。 2剪力

5、墙数量也不宜过多，否那么地震作用相应添加，还会使绝大部分程度地震力被剪力剪力墙数量也不宜过多，否那么地震作用相应添加，还会使绝大部分程度地震力被剪力墙吸收，框架的作用不能充分发扬，既不合理也不经济。墙吸收，框架的作用不能充分发扬，既不合理也不经济。2、剪力墙的布置参考课本、剪力墙的布置参考课本 (1) 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。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

6、端部附近布置剪力墙。 (2) 纵、横向剪力墙宜组成纵、横向剪力墙宜组成 L 形、形、T 形和匚形等方式，以使纵墙横墙可以作为横墙纵形和匚形等方式，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，以加强其空间刚度和整体性。性。 (3) 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40%，以，以 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不合理的根底设免构

7、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。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。 5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：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：1) 横向剪力墙沿房屋长横向剪力墙沿房屋长方方 向的间距宜满足表向的间距宜满足表 7.1.1 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；当减小；2) 纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。纵向剪力墙不

8、宜集中布置在房屋的两尽端。 4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，剪力墙的布置宜使构造各主轴方向的侧向刚度接近。计时，剪力墙的布置宜使构造各主轴方向的侧向刚度接近。7.1.4 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、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，框架柱截面尺寸可根据轴压比要求确定，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，详见框架构造部分详见框架构造部分5.2.1。2、剪

9、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 和全部柱截面面积和全部柱截面面积 Ac 之和与楼面面积之和与楼面面积 Af 的比值，或者采用全部剪力墙截面面积的比值，或者采用全部剪力墙截面面积Aw与楼面面积与楼面面积Af 的比值，的比值，来粗估剪力墙的数量。来粗估剪力墙的数量。7.1.3 板柱板柱-剪力墙构造的布置略剪力墙构造的布置略7.2 根本假定与计算简图根本假定与计算简图 7.2.1 框架与剪力墙的协同任务框架与剪力墙的协同任务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。在程度荷载作

10、用下，剪力墙构造是由框架和剪力墙组成的构造体系。在程度荷载作用下，平面内刚度很大的楼盖将二者衔接在一同组成框架平面内刚度很大的楼盖将二者衔接在一同组成框架-剪力墙构造时，二者之间剪力墙构造时，二者之间存在协同任务问题。存在协同任务问题。2、特点：、特点： 1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。剪切变形为主。 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切型之间。在构造下部，剪力墙剪力墙构造中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。在构造下部，剪力墙

11、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大，框的位移比框架小，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大，框架将墙向左推，墙将框架向右推。架将墙向左推，墙将框架向右推。 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减小，内力分布更趋合理。剪力墙构造的侧移大大减小，内力分布更趋合理。7.2.2 根本假定与计算简图根本假定与计算简图1、根本假定：、根本假定： 1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造单元内的一切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造单元内的一切框架和剪力墙连

12、为整体，不产生相对变形。框架和剪力墙连为整体，不产生相对变形。 2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，力作用点重合， 在程度荷载作用下房屋不产生绕竖轴的改动。在程度荷载作用下房屋不产生绕竖轴的改动。注：注： 1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。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。 2可将构造单元内一切剪力墙综合在一同，构成一榀假想的总剪力墙，总剪力墙的弯曲刚可将构造单元内一切剪力墙综合在一同，构成一榀假想的总剪力墙，

13、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，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，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、计算模型1分类：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终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终了作用，将框架了作用，将框架-剪力墙构造分为：框架剪力墙构造分为：框架-剪力墙铰结体系、框架剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系。剪力墙刚结体

14、系。2特点：特点：1框架框架-剪力墙铰结体系剪力墙铰结体系 对于图对于图 7.2.3(a)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 榀剪力墙均为双肢墙，因连梁的转榀剪力墙均为双肢墙，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。连杆是刚性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。连杆是刚性的即的即EA，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，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。移相等。2框架框架-剪力墙刚结体系剪力墙刚结体系 框架框架-

15、剪力墙刚结体系。对于图剪力墙刚结体系。对于图 7.2.4(a)所示构造单元平面，沿房屋横向有所示构造单元平面，沿房屋横向有 3 片剪力墙，剪片剪力墙，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，连梁两端可按刚结思索，其横向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，连梁两端可按刚结思索，其横向计算简图如图计算简图如图7.2.4(b)所示。总连梁代表所示。总连梁代表轴线轴线 3 列连梁的综合。列连梁的综合。 注：注：1对于图对于图 7.2.3( a)和图和图 7.2.4(a)所示的构造布置情况，当思索连梁的转动约束作用时，其纵向计所示的构造布置情况，当思索连梁的转动约束作用

16、时，其纵向计 算简图均可按刚结体系思索。算简图均可按刚结体系思索。2框架框架-剪力墙构造的下端为固定端，普通取至根底顶面；当设置地下室，且地下室的楼层侧向剪力墙构造的下端为固定端，普通取至根底顶面；当设置地下室，且地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻上部构造楼层侧向刚度的刚度不应小于相邻上部构造楼层侧向刚度的 2 倍时，可将地下室的顶板作为上部构造嵌固部位。倍时，可将地下室的顶板作为上部构造嵌固部位。刚结体系刚结体系当连梁的刚度当连梁的刚度较大时较大时铰结体系铰结体系当连梁的刚度当连梁的刚度较小；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综合合

17、框框架架综合剪力墙综合剪力墙铰接连杆铰接连杆综综合合框框架架综合剪力墙综合剪力墙刚性连杆刚性连杆1、总框架的剪切刚度、总框架的剪切刚度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 ：使框架柱两端产生单位相对侧移所需施加的程度剪力图：使框架柱两端产生单位相对侧移所需施加的程度剪力图 7.2.5(a)； 总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度Cf：使总框架在楼层间产生单位剪切变形：使总框架在楼层间产生单位剪切变形 =1所需施加的程度剪力所需施加的程度剪力图图 7.2.5(b)。2总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度7.2.3 根本计算

18、参数根本计算参数 框架框架-剪力墙构造分析时，需确定总剪力墙的弯曲刚度、总框架的剪切刚度和总连剪力墙构造分析时，需确定总剪力墙的弯曲刚度、总框架的剪切刚度和总连梁的等效剪切刚度。梁的等效剪切刚度。3思索柱轴向变形时框架的剪切刚度思索柱轴向变形时框架的剪切刚度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，因此连梁应作为带刚域的梁进展分析。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。剪力墙剪力墙 间的连梁是两端带刚域的梁间的连梁是两端带刚域的梁图图 7.2.6(a)，剪力墙与框架间的连梁是一端带刚域的梁，剪力墙与框架间的连梁

19、是一端带刚域的梁图图 7.2.6(b)。1 两端带刚域的连梁两端带刚域的连梁 2 一端带刚域的连梁一端带刚域的连梁 3连梁的线约束刚度连梁的线约束刚度注：注：A、当第、当第i 层的同一层内有层的同一层内有 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、当各层总连梁的、当各层总连梁的Cbi不同时，可近似地以各层的不同时，可近似地以各层的Cbi按高度取加权平均值按高度取加权平均值 3、剪力墙的弯曲刚度、剪力墙的弯曲刚度 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(横向或纵向横向或纵向)一切剪力墙等效刚度之和，即一切剪力墙等效刚度之和

20、，即291HAIEIEIwwweq7.3 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 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。而使计算简化到能用四阶微分方程来求解。延续栅片法延续栅片法 微分方程的求解微分方程的求解 求解

21、四阶常系数非齐次线性微分方程 计算模型的简化计算模型的简化 根本假定 求解超静定构造求解超静定构造 一个未知力的超静定构造 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdz 求解内力求解内力 微分关系求解内力将集中荷载在层将集中荷载在层高内延续化：高内延续化：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：见见 7.2.4注：注： 是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对框架是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对框架剪力墙构造的受力和变形特征有重剪力墙构造的受力和变形特征有重 大影响。大影响。 2、求解、求解 7.3.2 程度均布荷载作用下内力及侧移计算程度均布

22、荷载作用下内力及侧移计算1、通解：、通解：2、约束条件：、约束条件：3、表达式：、表达式：7.3.3 倒三角形分布程度荷载作用下内力及侧移计算推导如前，略倒三角形分布程度荷载作用下内力及侧移计算推导如前，略7.3.4 顶点集中程度荷载作用下内力及侧移计算推导如前，略顶点集中程度荷载作用下内力及侧移计算推导如前，略7.4 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？铰接连杆铰接连杆刚性连杆刚性连杆总总框框架架总剪力墙总剪力墙总总框框架架总剪力墙总剪力墙 一样之处一样之处总剪力墙与总框架经过连杆总剪

23、力墙与总框架经过连杆传送之间的相互作用力。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刚接体系中连杆对总剪力墙的弯曲有一定的约束作用。的弯曲有一定的约束作用。 微分方程的求解微分方程的求解 求解四阶常系数非齐次线性微分方程 计算模型的简化计算模型的简化 根本假定 求解超静定构造求解超静定构造 二个未知力的超静定构造 求解内力求解内力 微分关系求解内力问题：框架问题：框架-剪力墙刚结体系求解的根本思绪？剪力墙刚结体系求解的根本思绪？ 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdzwfq( z )q ( z )q ( z )平衡条件7.4.1 根本微分关系根本微分关系1把框架

24、把框架-剪力墙构造沿连梁的反弯点切开；留意反弯点位置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) ；总总框框架架总剪力墙总剪力墙( )q z( )fqz( )v z根本假定根本假定4将分布剪力向剪力墙轴线简化，那么剪力墙将产生分布轴力将分布剪力向剪力墙轴线简化，那么剪力墙将产生分布轴力 v( z) 和线约束弯矩和线约束弯矩 m( z) 。对总剪力墙截

25、对总剪力墙截面形心取矩面形心取矩总剪力墙总剪力墙( )q z( )fqz( )v z( )q z( )fqz( )m z1、平衡条件、平衡条件求求wfq ( z )q ( z )、2、总剪力墙内力与位移的微分关系、总剪力墙内力与位移的微分关系wq ( z )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、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 总框架剪力总框架剪力V f 与楼层间的剪切角与楼层间的剪切角 的关系如式的关系如式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即为框架即为框架

26、-剪力墙刚结体系的微分方程，与式剪力墙刚结体系的微分方程，与式7.3.2方式上完全一样。方式上完全一样。 2与铰结体系的刚度特征值式与铰结体系的刚度特征值式7.3.3相比，上式仅在根号内分子项多了一项相比，上式仅在根号内分子项多了一项C b ， 当当C b 0 时，上式就转化为式时，上式就转化为式7.3.3，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。 将将 带入带入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、刚结与铰结体系比较、刚结与铰结体系比较注：二者的不同之处主要表达在连梁对剪力墙的约束作

27、用。注：二者的不同之处主要表达在连梁对剪力墙的约束作用。 7.4.3 总框架剪力总框架剪力 V f 和总连梁线约束弯矩和总连梁线约束弯矩 m 的另一种算法略的另一种算法略7.4.4 框架框架-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、构造侧向位移特征、构造侧向位移特征2、荷载与剪力的分布特征、荷载与剪力的分布特征注：框架接受的荷载在上部为正，下部为负。这注：框架接受的荷载在上部为正，下部为负。这是由于剪力墙和框架单独接受程度荷载时，二者是由于剪力墙和框架单独接受程度荷载时，二者的变形曲线不同。的变形曲线不同。 当二者协同任务时，变形方式必需一致，因当二者协同任务时，变形方式必需一致，因此二者间必然产生上述荷载方式。此二者间必然产生上述荷载方式。 注：基底处框架不承当剪力，全部剪力由剪力墙承当。注：基底处框架不承当剪力，全部剪力由剪力墙承当。 注：注：1 1随随值增大，框架最大剪力位置值增大，框架最大剪力