框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-西安建筑科技大學(xué)

第7章框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材作者：史慶軒等課件制作：黃煒高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

標(biāo)題主要內(nèi)容：

主要內(nèi)容7.1結(jié)構(gòu)布置（了解）7.2基本假定與計(jì)算簡圖7.3框架-剪力墻鉸結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析7.4框架-剪力墻剛結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析7.5框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算步驟及計(jì)算實(shí)例（了解）重點(diǎn)、難點(diǎn)：7.1結(jié)構(gòu)布置7.1結(jié)構(gòu)布置

1）總體平面布置、豎向布置及變形縫設(shè)置等，見第2.2節(jié)所述；

2）具體布置除應(yīng)符合下述的規(guī)定外，其框架和剪力墻的布置尚應(yīng)分別符合框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定。7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.1基本要求1、雙向抗側(cè)力體系

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻協(xié)同工作共同抵抗水平荷載，其中剪力墻是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件。

2）為了使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向均具有必需的水平承載力和側(cè)向剛度，應(yīng)在兩個(gè)主軸方向均勻布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。

3）如果僅在一個(gè)主軸方向布置剪力墻，將造成兩個(gè)主軸方向結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度相差懸殊，可能使結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。2、節(jié)點(diǎn)剛性連接與構(gòu)件對(duì)中布置

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了保證結(jié)構(gòu)的整體剛度和幾何不變性，同時(shí)為提高結(jié)構(gòu)在大震作用下的穩(wěn)定性而增加其贅余約束，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接（節(jié)點(diǎn)）應(yīng)采用剛接。

2）梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內(nèi)力傳遞和分布合理，且保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的完整性。

7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置（了解）1、剪力墻的數(shù)量

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和EcIw控制，結(jié)構(gòu)的水平位移隨EcIw增大而減小。3）一般以滿足結(jié)構(gòu)的水平位移限值作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)較為合適。2）剪力墻數(shù)量也不宜過多，否則地震作用相應(yīng)增加，還會(huì)使絕大部分水平地震力被剪力墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揮，既不合理也不經(jīng)濟(jì)。7.1結(jié)構(gòu)布置2、剪力墻的布置（參考課本）

(1)剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化或恒載較大的部位，剪力墻的間距不宜過大；平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。(2)縱、橫向剪力墻宜組成L形、T形和匚形等形式，以使縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣；樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置，以增強(qiáng)其空間剛度和整體性。(3)剪力墻布置不宜過分集中，單片剪力墻底部承擔(dān)的水平剪力不宜超過結(jié)構(gòu)底部總剪力的40%，以免結(jié)構(gòu)的剛度中心與房屋的質(zhì)量中心偏離過大、墻截面配筋過多以及不合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。當(dāng)剪力墻墻肢截面高度過大時(shí)，可用門窗洞口或施工洞形成聯(lián)肢墻。7.1結(jié)構(gòu)布置

（5）保證框架與剪力墻協(xié)同工作，其剪力墻的布置宜符合下列要求：1)橫向剪力墻沿房屋長方向的間距宜滿足表7.1.1的要求，當(dāng)這些剪力墻之間的樓蓋有較大開洞時(shí)，剪力墻的間距應(yīng)適當(dāng)減??；2)縱向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端。

（4）剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變；剪力墻開洞時(shí)，洞口宜上、下對(duì)齊?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.4梁、柱截面尺寸及剪力墻數(shù)量的初步擬定1、梁、柱截面尺寸框架梁截面尺寸一般根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，框架柱截面尺寸可根據(jù)軸壓比要求確定，詳見框架結(jié)構(gòu)部分5.2.1。2、剪力墻數(shù)量在初步設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)房屋底層全部剪力墻截面面積Aw和全部柱截面面積Ac之和與樓面面積Af的比值，或者采用全部剪力墻截面面積Aw與樓面面積Af的比值，來粗估剪力墻的數(shù)量。7.1.3板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置（略）7.2基本假定與計(jì)算簡圖

7.2基本假定與計(jì)算簡圖

7.2.1框架與剪力墻的協(xié)同工作1、定義：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載作用下，平面內(nèi)剛度很大的樓蓋將二者連接在一起組成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，二者之間存在協(xié)同工作問題。7.2基本假定與計(jì)算簡圖

2、特點(diǎn)：

1）在水平荷載作用下，單獨(dú)剪力墻的變形曲線以彎曲變形為主；單獨(dú)框架的變形曲線以整體剪切變形為主。

2）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，其變形曲線介于彎曲型與整體剪切型之間。在結(jié)構(gòu)下部，剪力墻的位移比框架小，墻將框架向左拉，框架將墻向右拉；在結(jié)構(gòu)上部，剪力墻的位移比框架大，框架將墻向左推，墻將框架向右推。

3）二者之間存在協(xié)同工作使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移大大減小，內(nèi)力分布更趨合理。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖7.2.2基本假定定與計(jì)算算簡圖1、基本假假定：1）樓板在自自身平面面內(nèi)的剛剛度為無無限大。。這保證了了樓板將將整個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)單元元內(nèi)的所所有框架架和剪力力墻連為為整體，，不產(chǎn)生生相對(duì)變變形。2）房屋的剛剛度中心心與作用用在結(jié)構(gòu)構(gòu)上的水水平荷載載（風(fēng)荷荷載或水水平地震震作用））的合力力作用點(diǎn)點(diǎn)重合，，在水水平荷載載作用下下房屋不不產(chǎn)生繞繞豎軸的的扭轉(zhuǎn)。。注：1）在這兩兩個(gè)基本本假定的的前提下下，同一一樓層標(biāo)標(biāo)高處，，各榀框框架和剪剪力墻的的水平位位移相等等。2）可將結(jié)結(jié)構(gòu)單元元內(nèi)所有有剪力墻墻綜合在在一起，，形成一一榀假想想的總剪力墻墻，總剪力力墻的彎彎曲剛度度等于各各榀剪力力墻彎曲曲剛度之之和；把把結(jié)構(gòu)單單元內(nèi)所所有框架架綜合起起來，形形成一榀榀假想的的總框架，總框架架的剪切切剛度等等于各榀榀框架剪剪切剛度度之和。。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖2、計(jì)算模模型1）分類：：按照剪力力墻之間間和剪力力墻與框框架之間間有無連連梁，或或者是否否考慮這這些連梁梁對(duì)剪力力墻轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的結(jié)束束作用，，將框架架-剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)分為為：框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系、框架架-剪力墻剛剛結(jié)體系系。2）特點(diǎn)：：（1）框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系對(duì)于圖7.2.3(a)所示結(jié)構(gòu)構(gòu)單元平平面，如如沿房屋屋橫向的的3榀剪力墻墻均為雙雙肢墻，，因連梁梁的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)約束作作用已考考慮在雙雙肢墻的的剛度內(nèi)內(nèi)，則總框架架與總剪剪力墻之之間可按按鉸結(jié)考考慮。連連桿是剛剛性的（（即EA→∞∞），反映映了剛性性樓板的的假定，，保證總框框架與總總剪力墻墻在同一一樓層標(biāo)標(biāo)高處的的水平位位移相等等。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖（2）框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系。對(duì)于于圖7.2.4(a)所示結(jié)構(gòu)構(gòu)單元平平面，沿沿房屋橫橫向有3片剪力墻墻，剪力力墻與框框架之間間有連梁梁連結(jié)，，當(dāng)考慮連連梁的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)約束束作用時(shí)時(shí)，連梁梁兩端可可按剛結(jié)結(jié)考慮，，其橫向計(jì)計(jì)算簡圖圖如圖7.2.4(b)所示。總總連梁代代表②⑤⑤⑧軸線線3列連梁的的綜合。。注：1）對(duì)于圖圖7.2.3(a)和圖7.2.4(a)所示的結(jié)結(jié)構(gòu)布置置情況，，當(dāng)考慮慮連梁的的轉(zhuǎn)動(dòng)約約束作用用時(shí)，其其縱向計(jì)計(jì)算算簡圖均可按剛剛結(jié)體系系考慮。。2）框架-剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)的下下端為固固定端，，一般取取至基礎(chǔ)礎(chǔ)頂面；；當(dāng)設(shè)置置地下室室，且地地下室的的樓層側(cè)側(cè)向剛度度不應(yīng)小小于相鄰鄰上部結(jié)結(jié)構(gòu)樓層層側(cè)向剛剛度的2倍時(shí)，可可將地下下室的頂頂板作為為上部結(jié)結(jié)構(gòu)嵌固固部位。。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖剛結(jié)體系系——當(dāng)連梁的的剛度較較大時(shí)鉸結(jié)體系系——當(dāng)連梁的的剛度較較小；或或連梁的的轉(zhuǎn)動(dòng)約約束作用用已考慮慮在雙肢肢墻的剛剛度內(nèi)時(shí)時(shí)綜合框架綜合剪力墻鉸接連桿綜合框架綜合剪力墻剛性連桿7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖1、總框架架的剪切切剛度1）定義：：框架柱的的側(cè)向剛剛度、總總框架的的剪切剛剛度框架柱的的側(cè)向剛剛度D：使框架柱柱兩端產(chǎn)產(chǎn)生單位位相對(duì)側(cè)側(cè)移所需需施加的的水平剪剪力（圖圖7.2.5(a)）；總框架的的剪切剛剛度Cf：使總框架架在樓層層間產(chǎn)生生單位剪剪切變形形（φ=1）所需施施加的水水平剪力力（圖7.2.5(b)）。2）總框架架的剪切切剛度7.2.3基本計(jì)算算參數(shù)框架-剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)分析析時(shí)，需需確定總剪力墻墻的彎曲曲剛度、總框架的的剪切剛剛度和總連梁的的等效剪剪切剛度度。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖3）考慮柱柱軸向變變形時(shí)框框架的剪剪切剛度度7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖2、連梁的的約束剛剛度框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系的連梁梁進(jìn)入墻墻的部分分剛度很很大，因此連梁梁應(yīng)作為為帶剛域域的梁進(jìn)進(jìn)行分析析。剪力墻間間的連連梁是兩兩端帶剛剛域的梁梁[圖7.2.6(a)]，剪力墻與與框架間間的連梁梁是一端端帶剛域域的梁[圖7.2.6(b)]。7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖1）兩端端帶剛域域的連梁梁2）一端端帶剛域域的連梁梁7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖3）連梁的的線約束束剛度注：A、當(dāng)?shù)趇層的同一一層內(nèi)有有s根剛結(jié)連連梁時(shí)，，總連梁梁的線約約束剛度度為B、當(dāng)各層層總連梁梁的Cbi不同時(shí)，，可近似似地以各各層的Cbi按高度取取加權(quán)平平均值7.2基本假定定與計(jì)算算簡圖3、剪力墻墻的彎曲曲剛度總剪力墻墻的等效效剛度為為結(jié)構(gòu)單單元內(nèi)同一方向向(橫向或縱縱向)所有剪力力墻等效效剛度之之和，即7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析問題：連續(xù)柵片法的基本思路？連續(xù)柵片片法是沿沿結(jié)構(gòu)的的豎向采采用連續(xù)續(xù)化假定定，即把把連桿作作為連續(xù)續(xù)柵片。。這個(gè)假假定使總總剪力墻與總總框架不不僅在每每一樓層層標(biāo)高處處具有相相同的側(cè)側(cè)移，而而且沿整整個(gè)高度度都有相相同的側(cè)側(cè)移，從從而使計(jì)算算簡化到到能用四四階微分分方程來來求解。。連續(xù)柵片片法●微分方程的求解

求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程●計(jì)算模型的簡化

基本假定●求解超靜定結(jié)構(gòu)

一個(gè)未知力的超靜定結(jié)構(gòu)●微分方程的建立●求解內(nèi)力

微分關(guān)系求解內(nèi)力7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析將集中荷荷載在層層高內(nèi)連連續(xù)化：：7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.3.1基本方程程及其一一般解1、基本方方程：7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析見7.2.47.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析注：是一個(gè)與框架和剪力墻的剛度比有關(guān)的參數(shù)，對(duì)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的受力和變形特征有重大影響。7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析2、求解7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.3.2水平均布布荷載作作用下內(nèi)內(nèi)力及側(cè)側(cè)移計(jì)算算1、通解：：2、約束條條件：7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析3、表達(dá)式式：7.3框架-剪力墻鉸鉸結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.3.3倒三角形形分布水水平荷載載作用下下內(nèi)力及及側(cè)移計(jì)計(jì)算（推推導(dǎo)如前前，略））7.3.4頂點(diǎn)集中中水平荷荷載作用用下內(nèi)力力及側(cè)移移計(jì)算（（推導(dǎo)如如前，略略）7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析問題：框架-剪力墻剛結(jié)體系與鉸接體系有何異同？鉸接連桿剛性連桿總框架總剪力墻總框架總剪力墻相同之處處——總剪力墻墻與總框框架通過過連桿傳傳遞之間間的相互互作用力力。不同之處處——?jiǎng)偨芋w系系中連桿桿對(duì)總剪剪力墻的的彎曲有有一定的的約束作作用。7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析●微分方程的求解

求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程●計(jì)算模型的簡化

基本假定●求解超靜定結(jié)構(gòu)

二個(gè)未知力的超靜定結(jié)構(gòu)●求解內(nèi)力

微分關(guān)系求解內(nèi)力問題：框架-剪力墻剛結(jié)體系求解的基本思路？●微分方程的建立7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.4.1基本微分分關(guān)系1）把框架架-剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)沿連連梁的反彎點(diǎn)切切開；（注意意反彎點(diǎn)位位置）2）連梁的的軸力體體現(xiàn)了總總框架與與總剪力力墻之間間相互作作用的水水平力qf(z)；3）把總連連梁沿高高度連續(xù)續(xù)化后，，連梁剪剪力就化化為沿高高度連續(xù)續(xù)分布的的剪力v(z)；總框架總剪力墻基本假定定7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析4）將分布布剪力向向剪力墻墻軸線簡簡化，則則剪力墻墻將產(chǎn)生生分布軸力v(z)和線約束束彎矩m(z)。對(duì)總剪力力墻截面面形心取取矩總剪力墻7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析1、平衡條條件求7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析2、總剪力力墻內(nèi)力力與位移移的微分分關(guān)系7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析3、總連梁梁內(nèi)力與與位移的的微分關(guān)關(guān)系7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析4、總框架架內(nèi)力與與位移的的微分關(guān)關(guān)系總框架剪剪力Vf與樓層間間的剪切切角φ的關(guān)系如如式（7.2.3）所示。。7.4框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系結(jié)構(gòu)分分析7.4.2基本方程程及其解解1、基本方方程注：1）式（7.4.8）即為框框架-剪力墻剛剛結(jié)體系系的微分分方程，，與式（（7.3.2）形式上上完全相相同。2）與鉸結(jié)結(jié)體系的的剛度特特征值（（式7.3.3）相比，上式僅在根根號(hào)內(nèi)分子子項(xiàng)多了一一項(xiàng)Cb，當(dāng)Cb＝0時(shí)，上式就就轉(zhuǎn)化為式式（7.3.3），Cb反映了連梁梁對(duì)剪力墻墻的約束作作用。將帶入7.4.1中，得：7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析7.4.2基本方程及及其解2、求解7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析3、剛結(jié)與鉸鉸結(jié)體系比比較注：二者的的不同之處處主要體現(xiàn)現(xiàn)在連梁對(duì)對(duì)剪力墻的的約束作用用。7.4.3總框架剪力力Vf和總連梁線線約束彎矩矩m的另一種算算法（略））7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析7.4.4框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力和和側(cè)移特征征1、結(jié)構(gòu)側(cè)向向位移特征征7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析2、荷載與剪剪力的分布布特征注：框架承受的的荷載在上上部為正，，下部為負(fù)負(fù)。這是因?yàn)榧艏袅涂蚩蚣軉为?dú)承承受水平荷荷載時(shí)，二二者的變形形曲線不同同。當(dāng)二者協(xié)同同工作時(shí)，，變形形式式必須一致致，因此二二者間必然然產(chǎn)生上述述荷載形式式。7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析注：基底處框架架不承擔(dān)剪剪力，全部部剪力由剪剪力墻承擔(dān)擔(dān)。7.4框架-剪力墻剛結(jié)結(jié)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)分析注：1）隨λ值增大，框框架最大剪剪力位置ξ0向