《第5章-3框剪结构近似计算方法(3)剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章-3框剪结构近似计算方法(3)剖析（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5.4.0 框架剪力墙的结构布置和计算要求 （跳过本节） 一、框架-剪力墙结构的形式 框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置； 在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙(带边框剪力墙)； 在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙； 上述两种或三种形式的混合。,5.4 框架剪力墙(筒体)结构的近似计算方法,二、结构布置,框架剪力墙结构平面布置要注意以下方面问题：,1）剪力墙数量； 2）剪力墙的位置； 3）剪力墙的间距；4）框架、剪力墙的设置要求。,1 剪力墙数量 随剪力墙数量增加而震害减轻,(1)剪力墙的合理数量：兼顾抗震性和经济性两方面的要求在满足侧移和舒适度的前提下剪力墙尽量少。,当每m2
2、楼面平均剪力墙长度少于50mm时，震害严重；多于150mm时，破坏极轻微，甚至无震害。,当平均压应力=G/(Ac+Aw)1.2Mpa，壁率大于5000mm2/m2时，无震害。两个条件均不满足时，严重震害。,(2)确定剪力墙合理数量的方法,参考目前国内实际工程中的剪力墙数量：,(Aw+Ac)Af值或Aw/Af值大约在表5.4.0-1的范围内。,当设计烈度，场地土情况不同时，可根据适当增减。 层数多，高度大的框架-剪力墙结构，宜取上限值。 剪力墙纵横两个方向总量在上述范围内，两个方向剪力墙的数量宜相近。,表5.4.0-1,(2)确定剪力墙合理数量的方法,满足轴压比要求(N见剪力墙一节)。,由刚度特
3、征值判定：,Vf，maxV0在0.20.4之间较合适，相应的值在1.12.2之间,由剪力墙截面抗弯刚度确定 每一方向剪力墙的刚度之和EIw (kN.m2)可参考下表决定。,注：H结构地面以上的高度(m)； W结构地画以上的总重量(kN),表5.4.0-2,由自振周期T1和地震力判定,基本自振周期大约在下式范围内：,计算周期Tl =(0.090.12)n,实际周期Tl=(0.060.08)n (考虑T=0.70.8，n为结构层数),比较适宜的地震系数值(FEk=G) （表5.4.0-3）,当自振周期和底部剪力偏离上述范围太远时，应适当调整结构的截面尺寸。,2 剪力墙的位置,(1)剪力墙布置，应遵
4、循“对称、均匀、分散、周边”的原则。,(2)竖向恒载较大处。,(3)建筑物端部附近。,(4)平面形状变化处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；。,(5)楼梯、电梯间等位置。,3 剪力墙的最大间距,长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中： 横向剪力墙沿长方向的间距宜满足表5.4.0-3(pp29表2-1)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； 纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。,注：1、表中B为剪力墙之间的楼盖宽度(m) ； 2、现浇层厚度大于60mm的叠合楼板可作为现浇板考虑；,框架应在各主轴方向均做成刚接； 剪力墙应沿各主轴布置： 抗震设计时
5、，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。 在非抗震设计且层数不多的长矩形平面中，允许只在横向设剪力墙； 纵横向剪力墙宜合并布置为L形、T形和H字形； 合理调整剪力墙的长度： 每一道剪力墙(包括单片墙，小开口墙和联肢墙)H/L宜大于2； 单个墙肢长度不宜大于8m； 单片剪力墙在底部承受的水平剪力不应大于结构底部总水平剪力的30；,4 框架、剪力墙的设置要求,三、框架剪力墙结构计算要求,抗震设计的框架-剪力墙结构，应根据水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值，确定相应的设计方法： 1 框架部分承受的地震倾覆力矩不大于总地震倾覆力矩的10时，按剪力墙结构进行
6、设计，其中的框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计； 2 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的1050时，按框架-剪力墙结构进行设计；,3 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50但不大于80时，按框架-剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用； 4 当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80时，按框架-剪力墙结构进行设计，但其最大适用高度宜按框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。当结构的层间位移角不满足框架-剪力墙结构的规定时，可按有关规定进行结构抗震性
7、能分析和论证。,(1)剪力墙是竖向悬臂结构，其变形曲线呈弯曲型，楼层越高水平位移增长速度越快。,(2)框架在水平力作用下，其变形曲线为剪切型，楼层越高水平位移增长越慢。,(3)框剪结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的弯剪型位移曲线。,(4)框剪结构在水平力作用下的受力特点。,见图526,见图527,5.4.1.1 框剪结构协同工作的概念,5.4 框架剪力墙(筒体)结构的近似计算方法,5.4.1 框剪结构协同工作原理及计算简图,框剪结构在水平力作用下的受力特点：,在下部楼层，剪力墙拉住框架按弯曲型变形，使剪力墙承担了大部分剪力。,在上部楼层，框架除承受水平力作用下的那部分剪力外，还要负担拉回剪
8、力墙变形的附加剪力。,在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，而框架中仍有相当数值的剪力。, 框架与剪力墙之间楼层剪力的分配比例VwVf，随楼层所处高度而变化。, 水平力在框架和剪力墙之间，即不能按等效刚度EIeq进行分配，也不能按抗侧移刚度D值分配，而必须按变形协调的原则进行计算协同工作计算。, 框架上下各楼层的剪力值比较接近。,见图527,5.4.1.2 协同工作计算的基本假定,楼板在自身平面内的刚度无限大。,当结构体型规则、剪力墙布置比较对称均匀时，结构在水平荷载作用下不计扭转的影响。,不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形。,外荷载的作用由剪力墙和框架共同承担。即：,5.4.1.3 协同工作计
9、算简图,结构单元中所有剪力墙合并为总剪力墙，作为一个竖向悬臂弯曲构件，所有框架合并为总框架，相当于一个竖向悬臂剪切构件，所有连梁合并为总连梁，简化为带刚域杆件，相当于一个附加的剪切刚度。,(1)通过楼板连接 铰接体系,框架和剪力墙通过刚性楼板的作用连接在一起。,见图528,同一楼层标高处，剪力墙与框架的水平位移相同。,楼板对各平面抗侧力结构不产生约束弯矩。,注：当剪力墙上开有洞口，但整体系数1时，也按铰接体系。,(2)通过楼板和连梁连接 刚结体系,横向抗侧力结构有开洞剪力墙和框架：,见图5-29,开洞剪力墙的1时，连梁对墙肢会产生约束弯矩。,计算简图常用单片墙表示。,将连梁与楼盖链杆的作用综合
10、为总连杆：,剪力墙与总连杆间用刚结，表示剪力墙平面内的连梁对墙有转动约束，即能起连梁的作用。,框架与总连杆间用铰结，表示楼盖链杆的作用。,如果连梁截面尺寸较小(1)，也可忽略它对墙肢的约束作用，把连梁处理成铰结的连杆。,取墙截面时，另一方向的墙可作为翼缘。,5.4.1.4 框架剪力墙结构中的梁,普通框架梁C，即两端均与框架柱相连的梁。,剪力墙之间的连梁A，即两端均与墙肢相连的梁，对墙肢产生平面内的约束弯矩。,一端与墙肢相连，另一端与框架柱相连的梁B，与墙肢相连的一端会对墙肢产生平面内的约束弯矩。,框架剪力墙结构中的梁,见图5-29,5.4.1.5 刚度计算,见图530,(1)总剪力墙的刚度,总
11、剪力墙抗弯刚度EIw是每片墙等效抗弯刚度的总和，,即：EIw=EIeqi,(2)总框架的刚度,总框架的刚度用其抗推刚度来衡量：,CF=CFi,总框架的抗推刚度是所有框架柱抗推刚度的总和。,框架的抗推刚度CF(或剪切刚度，有时简称框架的刚度),产生单位层间变形角所需的剪力CF，CF可以由框架柱的D值求出，即：CF=hDi,总框架指所有梁、柱单元的总和；,(3)总连梁的刚度(刚结体系),总连梁的刚度是所有连梁的剪切刚度的总和； 连梁指与剪力墙连接的梁，一般是剪力墙上下洞口之间的部分，截面都较宽，剪切变形不可忽略； 在连梁和墙肢相交处形成刚性域(梁柱结合区不产生弹性变形的区域，或不产生弯曲变形和剪切
12、变形的区域)，见图8-6； 刚结体系的连梁是带有刚性边段(即刚域)的梁。 连接墙肢与框架的连梁一端带刚域； 连接墙肢与墙肢的连梁两端带刚域，图5-145-15。 刚域长度及带刚域连梁的刚度计算见pp259261，图8-7。,1 约束弯矩系数 刚结连梁两端都产生单位转角时梁端所需施加的力矩，称为梁端约束弯矩系数，以m表示。 （a）两端带刚域：,（b）一端带刚域 令上式中b=0，,2 梁端约束弯矩梁端有转角时的约束弯矩： M12=m12； M21=m21,总连梁的刚度,总连梁的剪切刚度是所有连梁的剪切刚度的总和，,即：Cb=Cbi Cb i=(m12+ m21 )/ h,每根两端刚结的连梁有两个刚
13、结点，mij指m12、m21； 每根一端刚结的连梁有一个刚结点，mij指m12；,5.4.2 框剪结构铰结体系在水平荷载下的计算,外荷载在框架和剪力墙之间的分配由协同工作计算确定。,协同工作计算采用连续连杆法。,见图531,5.4.2.1 基本方法,见图532,(1)将连杆切断，曝露在各楼层标高处的连杆集中力PF，PFi简化为连续分布力pF(x)，pF(x)=PFi/h。,(2)总剪力墙相当于置于弹性地基上的梁，同时承受外荷载p(x)和“弹性地基”总框架对它的弹性反力pF(x)。,(3)总框架相当于一个弹性地基，承受着总剪力墙传给它们的力pF(x)。,求出pF(x)后，即可求得剪力墙和框架的内
14、力、位移。,5.4.1.2协同工作微分方程的解及内力,条件：框架一剪力墙两者的变形相等：yw=yF,(1)基本方程及其解,利用材料力学中剪切梁及弯曲梁的内力与位移关系,求解侧移y(x)的基本微分方程,基本微分方程的简化为：,四阶常系数线性微分方程,“”是一个无量纲的量，称作结构刚度特征值，它是反映总框架和总剪力墙刚度比的一个参数。 当0时，为纯剪力墙结构； 当 时，为纯框架结构。,(2)内力与位移公式,通过求解微分方程可求得 y、 VW 、 VF 、 MW它们分别是变量、及荷载的函数。, 为了计算方便，一般将各种荷载形式下的内力与位移作成计算图表(pp162164只列出倒三角形荷载)。,(3)
15、利用图表计算框架剪力墙的内力和位移,y、Mw、Vw、是变量、及荷载的函数。,确定计算截面位置，一般取楼层位置。,计算：,由相应的水平荷载形式查pp162164图表5-335-35，得系数 (y/fH)、(Mw/M0)、(Vw/V0)（均为截面处的值）。,总剪力墙在截面的内力和位移：,fH、M0、V0为相应荷载的墙顶位移、墙底弯矩、墙底剪力。,总框架的剪力： VF=VpVw,将Mw、Vw分配给各片墙；VF分配给各根框架柱。,5.4.3.1 刚结体系与铰结体系的区别 相同之处：总墙与总框架通过连杆传递相互作用力， 不同之处：在刚结体系中连杆对总墙的弯曲有约束作用将连杆在反弯点切开后，除有轴向力PF
16、i外，还有剪力Vi。将剪力对总剪力墙墙肢截面形心轴取矩，就得到对墙肢的约束弯矩Mi ，图5-7。,5.4.3 框架-剪力墙刚结体系在水平荷载下的计算(跳过),连杆轴向力PFi和约束弯矩Mi都是集中力，计算时将其在层高内连续化，图5-7 。,5.4.3.2 基本方程及其解 1、约束弯矩的等代荷载 约结束弯矩m(x)使剪力墙x截面产生的弯矩：,相应的剪力及荷载：,上式之剪力及荷载称为“等代剪力”和“等代荷载”，其物理意义为刚结连梁的约束弯矩作用所分担的剪力和荷载。,得：,2、基本微分方程 引入符号：,3、刚结体系的刚度特征值：,对铰接体系，Cb=0。 当0时，为纯剪力墙结构； 当 时，为纯框架结构。,对刚结体系，为了减少连梁配筋，设计中降低连梁的刚度，用
