建筑框架剪力墙结构设计

第7章框架-剪力墙结构设计教材作者：史庆轩等课件制作：黄炜课件审查：课时安排：高层建筑结构的设计标题主要内容：主要内容7.1结构布置（了解）7.2基本假定与计算简图7.3框架-剪力墙铰结体系结构分析7.4框架-剪力墙刚结体系结构分析7.5框架-剪力墙结构内力计算步骤及计算实例（了解）重点、难点：7.1结构布置7.1结构布置1）总体平面布置、竖向布置及变形缝设置等，见第2.2节所述；2）具体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结构和剪力墙结构的有关规定。7.1结构布置7.1.1基本要求1、双向抗侧力体系

1）在框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙协同工作共同抵抗水平荷载，其中剪力墙是结构的主要抗侧力构件。2）为了使框架-剪力墙结构在两个主轴方向均具有必需的水平承载力和侧向刚度，应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。3）如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，将造成两个主轴方向结构的水平承载力和侧向刚度相差悬殊，可能使结构整体扭转，对结构抗震不利。2、节点刚性连接与构件对中布置

1）在框架-剪力墙结构中，为了保证结构的整体刚度和几何不变性，同时为提高结构在大震作用下的稳定性而增加其赘余约束，主体结构构件间的连接（节点）应采用刚接。

2）梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合，以使内力传递和分布合理，且保证节点核心区的完整性。

7.1结构布置7.1.2框架-剪力墙结构中剪力墙的布置（了解）1、剪力墙的数量1）在框架-剪力墙结构中，结构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EcIw控制，结构的水平位移随EcIw增大而减小。3）一般以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据较为合适。2）剪力墙数量也不宜过多，否则地震作用相应增加，还会使绝大部分水平地震力被剪力墙吸收，框架的作用不能充分发挥，既不合理也不经济。7.1结构布置2、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、平面形状变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不宜过大；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。(2)纵、横向剪力墙宜组成L形、T形和匚形等形式，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靠近的抗侧力结构结合布置，以增强其空间刚度和整体性。(3)剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%，以免结构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基础设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可用门窗洞口或施工洞形成联肢墙。7.1结构布置（5）保证框架与剪力墙协同工作，其剪力墙的布置宜符合下列要求：1)横向剪力墙沿房屋长方向的间距宜满足表7.1.1的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；2)纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。（4）剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上、下对齐。抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。7.1结构布置7.1.4梁、柱截面尺寸及剪力墙数量的初步拟定1、梁、柱截面尺寸框架梁截面尺寸一般根据工程经验确定，框架柱截面尺寸可根据轴压比要求确定，详见框架结构部分5.2.1。2、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Aw和全部柱截面面积Ac之和与楼面面积Af的比值，或者采用全部剪力墙截面面积Aw与楼面面积Af的比值，来粗估剪力墙的数量。7.1.3板柱-剪力墙结构的布置（略）7.2基本假定与计算简图

7.2基本假定与计算简图

7.2.1框架与剪力墙的协同工作1、定义：框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙组成的结构体系。在水平荷载作用下，平面内刚度很大的楼盖将二者连接在一起组成框架-剪力墙结构时，二者之间存在协同工作问题。7.2基本假定与计算简图

2、特点：1）在水平荷载作用下，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。2）在框架-剪力墙结构中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。在结构下部，剪力墙的位移比框架小，墙将框架向左拉，框架将墙向右拉；在结构上部，剪力墙的位移比框架大，框架将墙向左推，墙将框架向右推。3）二者之间存在协同工作使框架-剪力墙结构的侧移大大减小，内力分布更趋合理。7.2基本假定与计算简图

7.2.2基本假定与计算简图1、基本假定：1）楼板在自身平面内的刚度为无限大。这保证了楼板将整个结构单元内的所有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结构上的水平荷载（风荷载或水平地震作用）的合力作用点重合，在水平荷载作用下房屋不产生绕竖轴的扭转。注：1）在这两个基本假定的前提下，同一楼层标高处，各榀框架和剪力墙的水平位移相等。2）可将结构单元内所有剪力墙综合在一起，形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和；把结构单元内所有框架综合起来，形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。7.2基本假定与计算简图

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，或者是否考虑这些连梁对剪力墙转动的结束作用，将框架-剪力墙结构分为：框架-剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系。2）特点：（1）框架-剪力墙铰结体系对于图7.2.3(a)所示结构单元平面，如沿房屋横向的3榀剪力墙均为双肢墙，因连梁的转动约束作用已考虑在双肢墙的刚度内，则总框架与总剪力墙之间可按铰结考虑。连杆是刚性的（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水平位移相等。7.2基本假定与计算简图

（2）框架-剪力墙刚结体系框架-剪力墙刚结体系。对于图7.2.4(a)所示结构单元平面，沿房屋横向有3片剪力墙，剪力墙与框架之间有连梁连结，当考虑连梁的转动约束作用时，连梁两端可按刚结考虑，其横向计算简图如图7.2.4(b)所示。总连梁代表②⑤⑧轴线3列连梁的综合。注：1）对于图7.2.3(a)和图7.2.4(a)所示的结构布置情况，当考虑连梁的转动约束作用时，其纵向计算简图均可按刚结体系考虑。2）框架-剪力墙结构的下端为固定端，一般取至基础顶面；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结构楼层侧向刚度的2倍时，可将地下室的顶板作为上部结构嵌固部位。7.2基本假定与计算简图

刚结体系——当连梁的刚度较大时铰结体系——当连梁的刚度较小；或连梁的转动约束作用已考虑在双肢墙的刚度内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7.2基本假定与计算简图

1、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

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水平剪力（图7.2.5(a)）；

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（φ=1）所需施加的水平剪力（图7.2.5(b)）。2）总框架的剪切刚度7.2.3基本计算参数框架-剪力墙结构分析时，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。7.2基本假定与计算简图

3）考虑柱轴向变形时框架的剪切刚度7.2基本假定与计算简图

2、连梁的约束刚度框架-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行分析。剪力墙间的连梁是两端带刚域的梁[图7.2.6(a)]，剪力墙与框架间的连梁是一端带刚域的梁[图7.2.6(b)]。7.2基本假定与计算简图

1）两端带刚域的连梁

2）一端带刚域的连梁

7.2基本假定与计算简图

3）连梁的线约束刚度注：A、当第i层的同一层内有s根刚结连梁时，总连梁的线约束刚度为B、当各层总连梁的Cbi不同时，可近似地以各层的Cbi按高度取加权平均值

7.2基本假定与计算简图

3、剪力墙的弯曲刚度总剪力墙的等效刚度为结构单元内同一方向(横向或纵向)所有剪力墙等效刚度之和，即7.3搭框架-赚剪力墙侨铰结体讯系结构声分析7.3圾框架-美剪力墙铰正结体系结邻构分析问题：连续栅片法的基本思路？连续栅奸片法是倡沿结构罩的竖向蒙采用连房诚续化假茧定，即舍把连杆苗作为连镇续栅片榆。这个弃假定使主总剪力墙与总摊框架不仅荐在每一楼钳层标高处累具有相同夺的侧移，妥而且沿整圆个高度都竞有相同的伙侧移，从而使计产算简化驰到能用踪蝶四阶微欢分方程犹来求解津。连续栅片暮法●微分方程的求解求解四阶常系数非齐次线性微分方程●计算模型的简化基本假定●求解超静定结构一个未知力的超静定结构●微分方程的建立●求解内力微分关系求解内力7.3虫框架-笋剪力墙果铰结体绞系结构绑分析将集中荷替载在层高础内连续化陪：7.3译框架早-剪力墙托铰结体系系结构分析7.3日.1倚基本方祝程及其蒙一般解1、基本牛方程：7.3炼框架-隶剪力墙姓铰结体本系结构零分析见7.2.47.3纵框架省-剪力墙椒铰结体系挽结构分析注：是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对框架—剪力墙结构的受力和变形特征有重大影响。7.3讲框架-贵剪力墙鞭铰结体席系结构李分析2、求解7.3蚂框架-翠剪力墙骄铰结体活系结构升分析7.3尼.2顾水平均盖布荷载恨作用下律内力及刃侧移计谦算1、通解织：2、约束颗条件：7.3战框架-嫌剪力墙态铰结体旋系结构沫分析3、表达陵式：7.3挺框架乐-剪力墙或铰结体系盐结构分析7.3著.3耕倒三盏角形分邻布水平柳荷载作接用下内聪力及侧躺移计算弓（推导坊如前，缺略）7.3絮.4碍顶点滨集中水项平荷载闸作用下奏内力及祸侧移计煎算（推趟导如前午，略）7.4摸框架-念剪力墙忘刚结体席系结构宰分析7.4尸框承架-剪毁力墙刚处结体系找结构分脆析问题：框架-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相同之处哑——总剪佣力墙与总判框架通过容连杆传递野之间的相渐互作用力沿。不同之处窝——刚接酷体系中连杆杆对总剪斩力墙的弯份曲有一定播的约束作观用。7.4逃框架锯-剪力墙哭刚结体系冲结构分析●微分方程的求解求解四阶常系数非齐次线性微分方程●计算模型的简化基本假定●求解超静定结构二个未知力的超静定结构●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基本思路？●微分方程的建立7.4械框架昏-剪力墙晨刚结体系压结构分析7.4极.1绍基本新微分关淘系1）把框崭架-剪力言墙结构沿叶连梁的反弯点切草开；（注竟意反弯点位撤置）2）连梁前的轴力体咬现了总框器架与总剪厅力墙之间罪相互作用胞的水平力qf(z)；3）把总水连梁沿高羊度连续化守后，连梁倘剪力就化堂为沿高度倘连续分布铜的剪力v(z霜)；总框架总剪力墙基本假定7.4矩框架-伯剪力墙蛮刚结体隔系结构锋分析4）将适分布剪岗力向剪叠力墙轴滔线简化逐，则剪蕉力墙将肌产生分饮布轴力袍v(班z)庆和线约勒束弯矩墙m(然z)。对总剪力负墙截面形民心取矩总剪力墙7.4凑框架各-剪力墙粪刚结体系腔结构分析1、平衡权条件求7.4燃框架软-剪力墙警刚结体系缓结构分析2、总剪怀力墙内力渡与位移的蚊微分关系7.4慈框架-笑剪力墙筹刚结体激系结构泉分析7.4启框架读-剪力墙重刚结体系甲结构分析3、总连冲梁内力与妈位移的微嚷分关系7.4伯框架-暖剪力墙园刚结体必系结构泄分析4、总俘框架内侵力与位啄移的微膀分关系总框架剪怒力Vf与楼层场间的剪劲切角φ的关系盈如式（奖7.2劝.3）登所示。7.4育框架机-剪力墙合刚结体系汤结构分析7.4.房诚2基采本方程及映其解1、基本姜方程注：1池）式（谣7.4令.8）裕即为框涝架-剪巧力墙刚贞结体系死的微分披方程，遣与式（牺7.3竞.2）究形式上蓬完全相鄙同。2）与普铰结体波系的刚胆度特征构值（式叹7.3雪.3）胡相比，上式仅顶在根号景内分子炮项多了姨一项Cb，当Cb＝0时壤，上式就辆转化为式宴（7.3张.3），搞Cb反映了焦连梁对蔽剪力墙装的约束况作用。将带入7.4.1中，得：7.4支框架-衫剪力墙视刚结体拳系结构亏分析7.4遵.2秩基本菠方程及僻其解2、求解7.4慢框架-直剪力墙梯刚结体到系结构斤分析3、刚侨结与铰诱结体系俗比较注：二者眨的不同之馋处主要体医现在连梁换对剪力墙岸的约束作零用。7.4炊.3葡总框育架剪力Vf辜和总连续梁线约各束弯矩m的另一种萍算法（略锡）7.4除框架-附剪力墙挣刚结体架系结构箱分析7.4转.4醋框架蜻-剪力直墙结构阵的受力听和侧移乐特征1、结构狐侧向位移豆特征7.4至框架-仰剪力墙鸟刚结体禁系结构侮分析2、荷薄载与剪唱力的分辰布特征注：框架承漠受的荷功载在上糕部为正螺，下部炒为负。这是因为膏剪力墙和丑框架单独讨承受水平歌荷载时，汉二者的变献形曲线不钞同。当二者协列同工作时捉，变形形趴式必须一字致，因此蚁二者间必钟然产生上拍述荷载形锯式。7.4权框架-束剪力墙友刚结体屡系结构口分析注：基底处框框架不承担捡剪力，全努部剪力由祖剪力墙承甚担。7.4冲框架戚-剪力墙鸭刚结体系雪结构分析注：1）鼻随λ值增咳大，框架净最大剪力渗位置ξ0向结构隔底部移勇动。熟λ通肠常在忌1.0~3.0伍范围晒内变化罢，因此肯框架最活大剪力够的位置茧大致处咏于结构难中部附晴近，而汤不在结鄙构底部景，这与席纯框架屋结构不论同。2）与笑纯框架盗结构相捉比，框各架-剪咸力墙结某构中Vf沿高度普分布相趣对比较陆均匀，跑这对框趟架底部局受力比步较有利盏。7.4灭框架-允剪力墙息刚结体白系结构撑分析3、连倡梁刚结盒对侧移却和内力雁的影响7.5纹框架妻-剪力墙洗结构内力漆计算步骤混及计算实猴例7.5很框蛮架-剪浓力墙结济构内力诸计算步趟骤及计多算实例7.5.劫1内该力计算步为骤１、总框侦架、总连率梁及总剪邮力墙内力7.5闹框架免-剪力墙肢结构内力荷计算步骤而及计算实嗓例２、构液件内力1）框我架梁柱内闹力根据各琴层框架搅的总剪逮力Vf（经过赖调整后铺），可用脆D值法睡计算梁柱勇内力，计川算公式及掠步骤见段5.4.谷2小节培。问题：框架-剪力结体中各层框架的总剪力Vf为什么调整、又如何调整？（1）框尺架与剪力路墙的变形喝不能完全誉协调，故满框架实际遵承受的剪资力比计算陆值大；（2）在辜地震作用脾过程中，伯剪力墙开速裂后框架嚷承担的剪秩力比例将绩增加，剪怎力墙屈服戚后，框架恋将承担更令大的剪力厌。调整方友法：可按计算值，不作调整；可取与两者中的较小值。7.5宫框架-抹剪力墙滔结构内味力计算置步骤及程计算实奴例2）连谈梁内力7.5址框架-逼剪力墙稠结构内旬力计算渔步骤及捎计算实滤例3）各挺片剪力较墙内力注：当框已架-剪力辣墙结构按铁铰结体系排分析时，碰可令式（唐7.5.窄7）中的宣线约束弯碍矩m等于零辽，即可得相应的坏墙肢剪烈力。9、静夜四鸽无邻，荒条居旧业贫汉。。4月-施234月-塘23Fri腐day基,A面pri芬l2斑8,望202稀310、雨中黄咏叶树，灯网下白头人娃。。13:按02:叛5613:忠02:莲5613:顷024/28移/202三31:照02:5桃6PM11、以我姿独沈久私，愧君头相见频号。。4月-2户313:恰02:驻5613:0唉2Apr岔-2328-宏Apr刚-2312、故人江盒海别，几爬度隔山川马。。13:铲02:间5613:狡02:黎5613:舍02Frid催ay,秒Apri质l28氏,20朴2313、乍见翻膨疑梦，相尼悲各问年轧。。4月-现234月-其2313:0暮2:5613:0差2:56Apr述il全28,些20闭2314、他乡生亮白发，旧殃国见青山响。。28瓜四月眉202蔬31:0墙2:5桥6下榆午13:0庄2:564月-巡寿2315、比不帅了得就哑不比，舱得不到印的就不洁要。。。四月滔231:0陆2下醉午4月-2拔313:烟02Apri学l28落,20萄2316、行动财出成果告，工作里出财富维。。2023沿/4/2霸813效:02:缺5613:带02:土5628A典pril厌202百317、做前珍，能够扣环视四土周；做往时，你养只能或丽者最好菌沿着以误脚为起强点的射屯线向前蚀。。1:0雨2:5折6下膨午1:0狸2下逆午13:碧02:叉564月-胖239、没有蛛失败，鄙只有暂恳时停止倒成功！滔。4月-竖234月-2水3Fri累day灾,A笔pri戚l2荒8,钟202宾310、很多圈事情努啄力了未庸必有结有果，但克是不努淋力却什份么改变室也没有啦。。13:0立2:5613:轨02:吧5613:烦024/28剃/202塌31:款02:5献6PM11、成功就亿是日复一段日那一点贡点小小努失力的积累商。。4月-2矩313:减02:芦5613:0缺2Apr-宽2328-各Apr采-2312、世间成认事，不求狱其绝对圆落满，留一胃份不足，丸可得无限悔完美。。13:0工2:5613:0券2:5613:径02Fri佳day壳,A棉pri鼓l2喷8,咽202刺313、不知香轨积寺，数纸里入云峰锐。。4月-怖234月-药2313:乖02:臭5613:0储2:56Apri恳l28遗,20痒2314、意志吐坚强的谁人能把辩世界放辆在手中舌像泥块睁一样任形意揉捏躬。28四肢月20票231:02猴:56姥下午13:泉02:冠564月-葱2315、楚塞三等湘接，荆领门九派通本。。。四月友231:0明2下辣午4月-畏2313:失02Apri钥l28艰,20厘2316、少年十狮五二十时齐，步行夺促得胡马骑秃。。2023径/4/2侍813脉:02:苹5613:0谋2:5628泳Apr父il纳202膀317、空山最新雨后槽，天气纺晚来秋耐。。1:02枝:56双下午1:02