多高层建筑结构设计第5章 框架-剪力墙结构简化计算

第5章框架-剪力墙结构简化计算5.1概述5.1.1协同工作当刚性楼盖将它们联系在一起时，楼盖那么迫使二者在同一楼层上必须保持相同的位移，从而共同工作。5.1.2墙量及优缺点图5-1框-剪变形曲线框-剪结构的特点缺点：水平方向刚度不均匀。5.1.3设计要点①合理确定墙量(见前述)。②剪力墙布置原那么——对称、均匀、周边、分散。③水平力分配的两个原那么④对于H＜50m，H/B＜4的框-剪结构，采用简化计算方法时，一般不计轴向变形影响。⑤在协同分析后，框架剪力值需进行调整。⑥剪力墙应双向(纵横向)设置，横向剪力墙宜靠端部设置，纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。⑦框-剪中的剪力墙应为边框剪力墙，剪力墙的水平钢筋应全部锚入边柱内，正截面计算的主要竖向受力钢筋应配在边框柱内。⑧应优先采用现浇楼盖。⑨小震下内力和位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，但连梁的刚度在计算时，应考虑剪切变形予以折减，6度及7度时，折减系数≥0.8；8度及9度时，折减系数≥0.55。计算风荷载作用时不折减。⑩计算总框架、总剪力墙和总连梁时，不能跨越变形缝。当连梁抗弯刚度较小，其转动约束可忽略不计时，可采用铰结计算简图。连梁指一端或两端与剪力墙连接的梁；两端与框架柱相连的梁属框架梁，应区别之。应进行弹性侧移计算。5.2铰结体系协同工作计算5.2.1根本微分方程的建立与求解(1)概述在水平荷载下，刚性楼盖，计算方法大体分为两类，一类为利用计算机的矩阵位移法，具体有多种软件可供选择；另一类那么为简化方法，例如微分方程法等，此处主要介绍微分方程法。(2)根本假定①楼盖在平面内刚度无穷大，平面外刚度略去不计，框架局部和剪力墙局部之间无相对位移。②当结构大体规那么，水平力的合力通过结构抗侧刚度中心时，不计扭转影响。③框架与剪力墙的刚度特征值，沿结构高度方向均为常量。(3)根本微分方程图5-2计算简图图5-3根本体系总剪力墙抗弯刚度为各片剪力墙等效抗弯刚度之和微分一次侧移y(x)的微分方程令那么微分方程可为(4)微分方程求解1)通解微分方程(5-14)的特征方程特征方程的解齐次方程通解2)特解3)确定积分常数顶点处的剪力值积分常数4)根本微分方程的解5.2.2总剪力墙和总框架的内力及侧移侧移与内力间的微分关系均布荷载作用下：倒三角形荷载作用下：顶点集中力作用下：总剪力墙和总框架的内力图5-4均布荷载位移系数图5-5均布荷载剪力墙弯矩系数图5-6均布荷载剪力墙剪力系数图5-7倒三角荷载位移系数图5-8倒三角荷载墙弯矩系数图5-9倒三角荷载墙剪力系数图5-10集中荷载位移系数图5-11集中荷载墙弯矩系数图5-12集中荷载墙剪力系数5.2.3剪力墙和框架柱内力计算在计算各剪力墙所分配的内力时，可取各层楼板标高处的M、V作为设计内力，对于框架柱，应取各柱反弯点位置的坐标计算VF，但因计算过繁，故可近似取各层柱的中点作为反弯点位置，用各楼层上、下两层楼板标高处的柱剪力的平均值，作为该层柱子中点处的剪力。柱子剪力求出后，那么不难求出各杆件内力。5.3刚结体系协同工作计算5.3.1刚结连杆杆端约束弯矩对于两端有刚域杆的约束弯矩系数在左面有刚域的梁端约束弯矩系数图5-13框架-剪力墙刚结体系计算简图梁端转角为θ时梁端约束弯矩沿层高h均布的分布弯矩某一层内总约束弯矩为5.3.2根本方程及求解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微分方程令那么有5.3.3有关问题说明式(5-41)即刚结体系的微分方程，此式与铰结体系的微分方程(5-14)完全相同，故前面给出的铰结体系微分方程的解及图表，对刚结体系均可适用，但需注意以下区别：①λ值计算不同，刚结体系时采用式(5-40)。②内力表达式不同。在刚结体系中，由结构任意高度处水平方向力的平衡条件得出以下各式刚结体系计算步骤①由刚结体系的λ值及ξ值，查表并计算确定。②据式(5-43)计算总框架广义剪力。③将总框架广义剪力，按总框架抗侧刚度及总连梁约束刚度比例分配，得出框架总剪力及连梁总约束弯矩：④由式(5-44)计算总剪力墙剪力Vw。5.4需注意的问题5.4.1λ的定义及其影响第j个梁端的弯矩连梁设计弯矩图5-14连梁弯矩连梁剪力设计值可用连梁在墙边处的弯矩表示亦可用连梁在剪力墙轴线处的弯矩(1)λ对侧移的影响当λ＜1时，结构的侧移曲线呈弯曲型，剪力墙起主要作用，承担了大局部剪力；当λ＞6时，结构侧移曲线呈剪切型，框架承担大局部剪力；当λ=1～6时，结构侧移曲线呈上剪下弯的剪弯型，侧移曲线形状为反S形。图5-15框剪结构变形曲线(2)λ对剪力分配的影响λ很小时总剪力墙承担大局部剪力，λ=0时总剪力墙承担全部剪力；λ很大时总框架承担大局部剪力，λ=∞时框架承担全部剪力。在Vw和VF图中有斜线局部为λ=6时的剪力分配图，从中可见，总剪力墙在底部承受了大局部剪力，在顶部出现负值。对于框架，顶部承担了较大的正剪力，在底部承担的剪力很小，在高度方向，最大剪力出现在ξ=0.3～0.6，对框架起控制作用的是中部剪力值。图5-16框剪结构剪力分配(3)λ对荷载分配的影响剪力墙下部承受的荷载大于外荷载，到了上部，荷载逐渐减小，在顶部处于平衡，有反向集中力。对于框架，下部承担的荷载明显小于剪力墙承担的荷载，且与外荷载方向相反，越向上，框架承受的荷载逐渐变为与外荷载作用方向一致，框架顶部处于平衡，亦有集中力，与剪力墙上部集中力大小相等，方向相反。图5-17荷载分配示意图5.4.2控制截面位置在框架结构中，剪力分布是下大上小，顶部为零，控制截面在底部楼层。5.4.3对楼板的要求、总连梁刚度折减结构中的水平力通过楼板向各构件传递，所有结构的空间工作性能通过楼板保证，在框-剪结构中，楼盖的作用更为突出，框架局部与剪力墙局部的共同工作靠楼板来协同，只有无限刚的楼板才能有效控制框架局部和剪力墙局部，使二者统一“步伐〞，共同工作，一致抵抗外荷载。框架与剪力墙之间的连梁，由于一端连接剪力墙的墙肢，其刚度很大，另一端连接框架柱，刚度又很小。在水平力作用下，按弹性方法计算，它的弯矩和剪力过大，造成截面设计困难，配筋不合理，施工不便，且设计时允许考虑这些梁首先进入塑性，因而，在计算中允许采用不小于0.55的刚度折减系数。5.4.4框架局部剪力调整调整方法：①VF≥0.2V0的楼层不必调整，VF可按计算值采用。②VF＜0.2V0的楼层，楼层剪力VF应取以下两者中的较小值：调整系数η取以下值中的较小值：5.4.5侧移计算地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构侧移的大小，侧移的计算应在内力分析之前进行，当侧移计算符合标准要求后，方可开始