框架剪力墙设计剖析PPT课件.ppt

1、框架剪力墙设计框架剪力墙设计设计说明基本计算参数水平地震作用水平位移验算水平地震下的内力计算连梁刚结时构件内力123456设计说明 某10层房屋的结构平面及剖面示意图如图7.5.2所示，各层纵向剪力墙上的门洞尺寸均为1.5m2.4m，门洞居中。抗震设防烈度8度。场地类别类，设计地震分组为第一组。各层横梁截面尺寸：边跨梁300mm600mm，走道梁300mm450mm。柱截面尺寸：1、2层为550mm550mm，3、4层为500mm500mm，510层为450mm450mm。各层剪力墙厚度：1、2层为350mm，310层为200mm。梁、柱、剪力墙及楼板均为现浇钢筋混凝土。混凝土强度等级：16层

2、为C30，710层为C20。经计算，集中于各层楼面处的重力荷载代表值为G1=9285kN，G2=8785kN，G3= G4=G9=8570kN，G10=7140kN，G11=522kN。试按协同工作分析方法计算横向水平地震作用下结构的内力及位移。 平面图布置基本计算参数（1）横向框架的剪切刚度Cf 框架横梁线刚度ib=EcIb/l， 柱线刚度ic=EcIb/h， 侧向刚度系数ac查表。 各对应层的D值相加，并乘以层高，即得Cfi。计算Cf，即各层的Cfi值按高度加权取平均值表1 梁线刚度ib梁类别层次Ecbh边框梁中框梁I0Ib=1.5I0ib*1010Ib=2I0ib*1010一般梁7102

3、.550 300 600 5.400 8.100 3.443 10.800 4.590 163.000 4.050 5.400 走到梁7102.550 300 450 2.278 3.417 3.631 4.556 4.841 163.000 4.271 5.695 表2 柱线刚度ic层次层高bhEcIcic*10107103600 450 450 2.550 3.417 2.421 563600 450 450 3.000 3.417 2.848 343600 500 500 3.000 5.208 4.340 2 4500 550 550 3.000 7.626 5.084 1 5500

4、550 550 3.000 7.626 4.159 表3 中框架柱侧向刚度层次层高边柱中柱D=10*（Dil+Di2）KcDi1KcDi28103600 1.896 0.487 10908 3.896 0.661 14810 257178 7 3600 2.064 0.508 11381 4.240 0.679 15229 266103 563600 1.896 0.487 12833 3.896 0.661 17424 302562 343600 1.244 0.384 15412 2.556 0.561 22547 379598 2 4500 1.062 0.347 10450 2.183

5、 0.522 15720 261701 1 5500 1.298 0.545 8996 2.668 0.679 11197 201935 表3 边框架柱侧向刚度层次层高边柱中柱D=4*（Dil+Di2）KcDi1KcDi28103600 1.422 0.416 9314 2.922 0.594 13305.609 90478.929 7 3600 1.548 0.436 9777 3.180 0.614 13758.894 94145.287 563600 1.422 0.416 10958 2.922 0.594 15653.658 106445.799 343600 0.933 0.318

6、 12785 1.917 0.489 19669.510 129818.123 2 4500 0.797 0.285 8582 1.637 0.450 13558.932 88562.304 1 5500 0.974 0.496 8177 2.001 0.625 10313.517 73962.253 （二）横向剪力墙截面等效刚度以底层墙为例 第一层墙厚350mm，端柱截面为550mm550mm，墙截面及尺寸如图所示。有效翼缘宽度应取翼缘厚度的6倍、墙间距的一半和总高度的1/20中的最小值，且不大于至洞口边缘的距离。经计算，bf=1940mm. Aw=55022+（6000-500)350+(

7、1940-550/2)350=3095250mm2Iw=55042/12+(24352+35652)5502+350/1254503+3505450(3000- 2435)2+16653502/12+350166524352=14.444971012mm4由bf/t =(1940+350/2)/350=6 hW/t=6550/350=19查表得=1.423。将表中各层的Aw,Iw,Ec,沿高度加权取平均值得 总剪力墙等效刚度EcIeq=2.6859710174=10.743881017Nmm2 表5 各层剪力墙刚度参数（一片墙）层数tbhbfybfAwIw*1012EcIw*101771020

8、0 450 450 1200 2658 1200 1.327 1710000 8.05658 20.544 56200 450 450 1200 2658 1200 1.327 1710000 8.05658 24.170 34200 500 500 1200 2682 1200 1.327 1790000 8.81246 26.437 12350 550 550 1200 2435 1940 1.423 3095250 14.44497 43.335 （三）连梁的等效刚度 为了简化计算，计算连梁刚度时不考虑剪力墙翼缘的影响，取墙形心轴为1/2墙截面高度处，如图4所示。另外，由于梁截面高度较小

9、，梁净跨长与截面高度之比大于4，故可不考虑剪切变形的影响。下面以第一层连梁为例，说明连梁刚度计算方法。 连梁的计算简图连梁的转动刚度计算，其中刚域长度为 al=(6000+550)/2-450/4=3163mml=3000+2400=5400mma=3163/5400=0.586另由表1得EcIb=3.01044.556109=1.336801014Nmm2将上述数据代入式得 ：表6 连梁剪切刚度Cbi层次层高/mm2b/mmh/mml/mmEcIb/*1014N*mm2S12*1012S21*108C12*108Cbi/*109N7103600 450 450 5400 0.576 1.16

10、184 2.67711 0.71940 7.43642 2.97457 563600 450 450 0.576 1.36688 3.14954 0.84635 8.74873 3.49949 343600 500 500 0.581 3.26467 0.86516 9.06852 3.62741 2 4500 550 550 0.586 3.38521 0.88460 7.52268 3.00907 1 5500 550 550 0.586 3.38521 0.88460 6.15492 2.46197 将表6中各层的按高度加权取平均值 （四）结构刚度特征值为了考察连梁的约束作用对结构内力和

11、侧移的影响，下面分别按连梁刚结和铰结两种情况计算。考虑连梁约束作用时，按式（7.4.9）计算，连梁刚度折减系数取0.55，则得 不考虑连梁约束作用时，按式（7.3.3）计算，即 水平地震作用（一）结构自振周期计算该结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀，基本自振周期T1(s)可按下式计算式中，为计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移（m）；为结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，本例可取=0.8。 对带屋面局部突出间的房屋，上式中的应取主体结构顶点位移。突出间对主体结构顶点位移的影响，可按顶点位移相等的原则，将其重力荷载折算到主体结构的顶层，如图所示。对本例，其折算重力荷载可按下式计算

12、Ut计算简图 均布荷载q为 结构顶点位移ut为 均布荷载作用下结构的顶点位移集中荷载作用下结构的顶点位移表7 结构自振周期计算类别EcIeq/(N*mm2)uq/muGe/muT/mT1/s连梁刚结10.74392*10172.117 0.218 0.004 0.222 0.641 连梁铰接1.440 0.324 0.006 0.330 0.782 （二）水平地震作用计算该房屋主体结构高度不超过40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构等效总重力荷载代表值Geq结构总水平地震作用标准值 FEK顶部附加水平地震作用标准值 Fn质点的水平地震作用标准值Fi 水平

13、地震作用计算层次Hi/mGi/kNGiHi/(kNm)GiHi/GjHj连梁刚结连梁铰结FEKFnFi/KnFiHi/(kNm)FEKFnFi/KnFiHi/(kNm)1142.4 52222132.80.01164 6753.248819.57469.05 2927.87 5654.628749.58557.08 2420.31 1038.8 71402770320.14567 6753.248819.574864.33 65335.51 5654.628749.585714.49 56806.30 819.57 749.59 935.2 85703016640.15862 6753.248

14、819.574941.18 33129.60 5654.628749.585778.02 27386.43 831.6 85702708120.14239 6753.248819.574844.92 26699.62 5654.628749.585698.45 22071.11 728.0 85702399600.12617 6753.248819.574748.67 20962.69 5654.628749.585618.88 17328.71 624.4 85702091080.10995 6753.248819.574652.41 15918.81 5654.628749.585539.

15、31 13159.21 520.8 85701782560.09373 6753.248819.574556.15 11567.98 5654.628749.585459.74 9562.62 417.2 85701474040.07751 6753.248819.574459.90 7910.21 5654.628749.585380.17 6538.93 313.6 85701165520.06128 6753.248819.574363.64 4945.48 5654.628749.585300.60 4088.16 210.0 8785878500.04619 6753.248819.

16、574274.09 2740.89 5654.628749.585226.57 2265.74 15.5 928551067.50.02685 6753.248819.574159.33 876.31 5654.628749.585131.71 724.40 85722.0 1901838.3 6753.25 193014.98 5654.63 162351.92 按上述方法所得的水平地震作用为作用在各层楼面处的水平集中力。当采用连续化方法计算框架-剪力墙结构的内力和侧移时，应将实际的地震作用分布转化为均布水平力或倒三角形分布的连续水平力或顶点集中力。根据实际地震作用基本为倒三角形分布的特点，

17、下面按基底剪力和基底倾覆力矩分别相等的条件，将实际地震作用分布图7.5.6（a）转换为倒三角形连续地震作用图7.5.6（b）和顶点集中水平地震作用图7.5.6（c）,即水平地震作用的转换 式中由上式可得可得连梁刚结连梁铰结水平位移验算倒三角形水平荷载和顶点集中水平荷载作用下的位移分别按式（7.3.13）和式（7.3.19）计算，水平位移计算层次Hi/mmhi/mmECIeq/(N2)连梁刚结连梁铰结qPuq/up/ui/u/hqPuq/up/ui/u/h1038800.0 36001.07439E+181.000 2750392.116141734219.86 9.31 29.17 1/110

18、022736212437281.4424.50 12.37 36.88 1/805935200.0 36001.07439E+180.907 2750392.116141734217.81 8.09 25.90 1/108722736212437281.4421.70 10.71 32.41 1/804831600.0 36001.07439E+180.814 2750392.116141734215.69 6.89 22.59 1/107222736212437281.4418.86 9.07 27.93 1/807728000.0 36001.07439E+180.722 2750392.

19、116141734213.51 5.72 19.23 1/106522736212437281.4416.00 7.48 23.47 1/820624400.0 36001.07439E+180.629 2750392.116141734211.25 4.60 15.85 1/107722736212437281.4413.12 5.96 19.09 1/849520800.0 36001.07439E+180.536 2750392.11614173428.97 3.54 12.51 1/111822736212437281.4410.30 4.55 14.85 1/903417200.0

20、36001.07439E+180.443 2750392.11614173426.72 2.57 9.29 1/120622736212437281.447.60 3.26 10.86 1/999313600.0 36001.07439E+180.351 2750392.11614173424.60 1.71 6.31 1/138122736212437281.445.12 2.14 7.26 1/1173210000.0 45001.07439E+180.258 2750392.11614173422.72 0.98 3.70 1/182722736212437281.442.98 1.22

21、 4.19 1/159615500.0 55001.07439E+180.142 2750392.11614173420.92 0.32 1.24 1/443222736212437281.440.99 0.39 1.38 1/3995由上表可见，无论连梁刚结还是铰结，各层层间位移角均小于1/800，满足弹性层间位移角限值的要求。此外当考虑连梁的约束作用时，结构侧移减小（1127）。水平地震作用下的内力计算（一）连梁铰结时内力倒三角形分布荷载及顶点集中荷载作用下的内力分别按式（7.3.15）（7.3.17）和（7.3.21）（7.3.23）总框架及总剪力墙内力（连梁铰结）层次Hi/mqP倒三角

22、形荷载顶点集中力总内力MW/(kNm)VW/kNVf/kNMW/(kNm)VW/kNVf/kNMwi/(kNm)Vwi/KnVwi/(kNm)1038.81.000 1.44227.36 1243.78 0.00 -1150.41 1150.41 0.00 558.05 685.73 0.00 -592.36 1836.15 935.20.907 1.44227.36 1243.78 -2723.92 -377.78 1158.31 2014.95 563.04 680.75 -708.97 185.25 1839.06 831.60.814 1.44227.36 1243.78 -2819.

23、35 312.04 1173.08 4065.93 578.09 665.69 1246.58 890.13 1838.78 7280.722 1.44227.36 1243.78 -561.79 931.38 1182.39 6189.59 603.48 640.30 5627.80 1534.85 1822.69 624.40.629 1.44227.36 1243.78 3815.31 1491.31 1175.15 8423.91 639.66 604.13 12239.22 2130.97 1779.28 520.80.536 1.44227.36 1243.78 10116.40

24、2001.85 1141.37 10808.83 687.27 556.51 20925.24 2689.12 1697.88 417.20.443 1.44227.36 1243.78 18180.33 2472.12 1071.91 13386.99 747.17 496.61 31567.32 3219.29 1568.53 313.60.351 1.44227.36 1243.78 27877.46 2910.53 958.37 16204.48 820.43 423.35 44081.94 3730.96 1381.73 2100.258 1.44227.36 1243.78 391

25、07.34 3324.92 792.91 19311.66 908.35 335.43 58419.01 4233.27 1128.34 15.50.142 1.44227.36 1243.78 55191.36 3820.38 501.82 23688.24 1041.31 202.47 78879.60 4861.68 704.29 000.000 1.44227.36 1243.78 77829.79 4410.82 0.00 29950.51 1243.78 0.00 107780.30 5654.60 0.00 (二）连梁刚结内力计算层次Hi/mqP倒三角形荷载顶点集中荷载MW/(k

26、Nm)VW/kNVf/kNm/KnVW/kNVf/kNMW/(kNm)VW/kNVf/kNm/KnVW/kNVf/kN1038.81.000 2.116275.0391417.3420.00 -1814.06 1814.06 974.50 -839.56 839.56 0.00 336.73 1080.62 580.50 917.22 500.12 935.20.907 2.116275.0391417.342-4839.89 -898.70 1842.91 990.00 91.29 852.91 1220.01 343.24 1074.11 577.00 920.24 497.10 831.

27、60.814 2.116275.0391417.342-6622.76 -110.26 1906.80 1024.32 914.06 882.48 2487.20 363.02 1054.32 566.37 929.39 487.95 7280.722 2.116275.0391417.342-5749.34 581.75 1975.26 1061.09 1642.85 914.17 3850.57 396.84 1020.50 548.21 945.05 472.30 624.40.629 2.116275.0391417.342-2517.64 1204.10 2021.52 1085.9

28、4 2290.04 935.57 5362.84 446.01 971.34 521.79 967.80 449.54 520.80.536 2.116275.0391417.3422865.51 1780.84 2021.50 1085.94 2866.78 935.57 7082.49 512.42 904.92 486.12 998.54 418.81 417.20.443 2.116275.0391417.34210276.47 2334.28 1952.93 1049.10 3383.38 903.83 9076.01 598.65 818.69 439.80 1038.44 378

29、.90 313.60.351 2.116275.0391417.34219670.05 2885.82 1794.38 963.92 3849.75 830.45 11420.49 708.03 709.32 381.04 1089.06 328.28 2100.258 2.116275.0391417.34231077.69 3456.80 1524.53 818.97 4275.76 705.56 14206.60 844.78 572.56 307.58 1152.36 264.99 15.50.142 2.116275.0391417.34248343.81 4231.61 996.9

30、3 535.54 4767.15 461.39 18476.36 1062.40 354.94 190.67 1253.07 164.27 000.000 2.116275.0391417.34274555.96 5335.76 0.00 0.00 5335.76 0.00 25244.98 1417.34 0.00 0.00 1417.34 0.00 总框架,总剪力墙及总连梁内力（连梁刚结）层次Hi/mMW/(kNm)VW/kNm/KnVW/kNVf/kN1038.80-1477.331555.00 77.66 1339.68 935.2-3619.88 -555.47 1567.00 10

31、11.53 1350.02 831.6-4135.55 252.76 1590.69 1843.45 1370.43 728-1898.76 978.59 1609.30 2587.89 1386.46 624.42845.20 1650.10 1607.74 3257.84 1385.11 520.89947.99 2293.26 1572.05 3865.31 1354.37 417.219352.48 2932.93 1488.89 4421.82 1282.73 313.631090.54 3593.85 1344.96 4938.81 1158.73 21045284.29 4301

32、.58 1126.54 5428.12 970.55 15.566820.16 5294.01 726.22 6020.23 625.66 0099800.94 6753.10 0.00 6753.10 0.00 两种荷载共同作用下连梁刚结和铰结时总剪力墙、总框架及总连梁内力沿高度的分布见图7。由此图及上述计算结果可见，对本例而言，考虑连梁的约束作用时，总水平地震作用增大16.3；在结构上部，剪力墙弯矩增大，下部弯矩减小，最大弯矩减小7.5；剪力墙承担的剪力增大，框架承担的剪力减小。 总剪力墙、总框架及总连梁内力分布图连梁刚结时构件内力计算（一）框架梁，柱的内力计算考虑连梁约束作用时，框架-剪

33、力墙结构底部总剪力为 由表可见，第14,9,10层的总框架剪力Vf小于0.2V0，应予以调整。另外,1.5Vmax,f=1.51349.77=2024.66kN0.2V0，所以调整后的Vf取1350.05kN。 框架柱的剪力和弯矩用值法计算，表13为轴框架柱剪力和弯矩的计算结果，其余框架计算从略。表中反弯点高度比按式（5.4.9）确定，其中标准反弯点高度比yn由附表5.2.2查取。 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算结果见表14，柱轴力按调整前的梁端剪力计算。 表13 水平地震作用下框架柱弯矩及剪力计算层次hi/mVfi/kN D/（*105kN/m)边柱中柱Di1/（*105）Di1/Dy调整前调整

34、后Di2/(*105)Di2/Dy调整前调整后Vi1MucMlcVi1MucMlcVi2MucMlcVi2MucMlc10 3.6 1338.81 347657 10908 0.031 0.39 42.01 92.25 58.98 42.36 93.02 59.47 14810 0.043 0.45 57.03 112.92 92.39 57.51 113.87 93.17 9 3.6 1349.16 347657 10908 0.031 0.44 42.33 85.34 67.05 42.36 85.40 67.10 14810 0.043 0.49 57.47 105.52 101.38

35、57.51 105.59 101.45 8 3.6 1369.63 347657 10908 0.031 0.45 42.97 85.09 69.62 42.97 85.09 69.62 14810 0.043 0.50 58.35 105.02 105.02 58.35 105.02 105.02 7 3.6 1385.74 360249 11381 0.032 0.50 43.78 78.80 78.80 43.78 78.80 78.80 15229 0.042 0.50 58.58 105.44 105.44 58.58 105.44 105.44 6 3.6 1384.49 4090

36、08 12833 0.031 0.49 43.44 79.76 76.63 43.44 79.76 76.63 17424 0.043 0.49 58.98 108.29 104.04 58.98 108.29 104.04 5 3.6 1353.85 409008 12833 0.031 0.50 42.48 76.46 76.46 42.48 76.46 76.46 17424 0.043 0.50 57.67 103.81 103.81 57.67 103.81 103.81 4 3.6 1282.32 509416 15412 0.030 0.50 38.80 69.83 69.83

37、40.84 73.52 73.52 22547 0.044 0.50 56.76 102.16 102.16 59.75 107.56 107.56 3 3.6 1158.43 509416 15412 0.030 0.50 35.05 63.09 63.09 40.84 73.52 73.52 22547 0.044 0.50 51.27 92.29 92.29 59.75 107.56 107.56 2 4.5 970.35 350263 10450 0.030 0.50 28.95 65.14 65.14 40.28 90.63 90.63 15720 0.045 0.50 43.55

38、97.99 97.99 60.59 136.33 136.33 1 5.5 625.57 275897 8996 0.033 0.64 20.40 40.39 71.80 44.02 87.16 154.95 11197 0.041 0.57 25.39 60.04 79.59 54.79 129.58 171.77 水平地震作用下梁端弯矩，剪力及柱轴力计算层次AB跨梁端弯矩，剪力BC跨梁端弯矩，剪力柱轴力l调整前调整后l调整前调整后A柱B柱10692.30 55.00 24.55 93.05 55.44 24.75 2.458.00 58.00 48.34 58.48 58.48 48.73

39、 -24.55 -23.79 96144.40 96.39 40.13 144.92 96.78 40.28 2.4101.66 101.66 84.71 102.07 102.07 85.06 -64.68 -68.37 86152.22 100.52 42.12 151.02 99.80 41.80 2.4106.01 106.01 88.35 105.26 105.26 87.71 -106.80 -114.59 76148.50 102.49 41.83 145.45 100.42 40.98 2.4108.09 108.09 90.08 105.91 105.91 88.26 -14

40、8.63 -162.84 66158.63 104.07 43.78 154.61 101.43 42.67 2.4109.76 109.76 91.47 106.98 106.98 89.15 -192.42 -210.52 56153.15 101.20 42.39 151.03 99.80 41.80 2.4106.74 106.74 88.95 105.26 105.26 87.72 -234.81 -257.08 46146.35 100.28 41.10 149.83 102.77 42.10 2.4105.77 105.77 88.14 108.39 108.39 90.33 -

41、275.92 -304.11 36132.96 94.67 37.94 147.11 104.74 41.97 2.499.84 99.84 83.20 110.47 110.47 92.06 -313.85 -349.38 26128.25 92.63 36.81 164.22 118.75 47.16 2.497.69 97.69 81.41 125.24 125.24 104.37 -350.67 -393.98 16105.54 76.93 30.41 177.86 129.47 51.22 2.481.13 81.13 67.61 136.55 136.55 113.79 -381.08 -431.18 （二）连墙内力计算 本题的4根连梁受力情况相同，只需要计算出1根连梁的内力即可。下面以第10层连梁内力计算为例，说明连梁内力计算过程，其它各层的计算结果见表。由式表一，并根据表7和表13中的有关数据由式(7.5.2)得连梁刚域端的弯矩：由式（7.5.5）得连梁端剪力：连梁内力及剪力墙轴力计算层次hi/mmi/kNmihi/(kNm)Sij/Sij1-a/1+aM12/(kNm)M21/(kNm)Mc12/(kNm)Vb/KnNwi/Kn