剪力墻結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算—內(nèi)力計(jì)算.ppt

1,第八章 剪力墻結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算 內(nèi)力計(jì)算,廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院 韋愛鳳,2,5.1剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),5.1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的受力變形特點(diǎn) 5.12 剪力墻的結(jié)構(gòu)布置 5.1.3 剪力墻最小厚度及材料強(qiáng)度選定 5.1.4 剪力墻設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)和程序框圖,3,5.1剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),5.1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的受力變形特點(diǎn) 1.水平荷載作用下的受力變形特點(diǎn) 剪力墻的內(nèi)力：彎距 水平剪力 變形：彎曲型變形 剪切型變形 高墻（H/bw2） 以彎曲型變形 為主， 中高墻（H/bw12） 矮墻（H/bw1）以剪切型變形為主,4,2.剪力墻的破壞特征,彎曲破壞 剪切破壞 滑移破壞,5,在剪力墻上開洞可改善剪力墻的受力變形特征：,增加剪力墻的高寬比，由受彎承載力決定破壞狀態(tài)； 使剪力墻變?yōu)槎喾谰€體系；,6,5.1.2剪力墻的結(jié)構(gòu)布置,1.最大適應(yīng)高度和高寬比限制（整體抗傾覆穩(wěn)定性要求）,7,1.最大適應(yīng)高度和高寬比限制（續(xù)）,8,1.最大適應(yīng)高度和高寬比限制（續(xù)）,9,2.結(jié)構(gòu)平面布置,（1）避免僅單向布置 剪力墻，應(yīng)雙向或三向布置； 剪力墻墻肢宜簡單、規(guī)則； 單片剪力墻的長度不宜過大（=8m)： 側(cè)向剛度大，地震作用大； 易形成矮墻，延性差,10,2.結(jié)構(gòu)平面布置（續(xù)）,（2）不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu) 柱子 hc/bc 4 短肢剪力墻 hw/bw=58 一般剪力墻 hw/bw8 短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：,11,短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）形成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)符合下列規(guī)定：,其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m； （原來120m、 100m) 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50；,12,短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）形成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)符合下列規(guī)定（續(xù)）, 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比本規(guī)程表4.8.2 規(guī)定的剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用； 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，各層短肢剪力墻的軸壓比，抗震等級(jí)為一、二、三時(shí)分別不宜大于0.5、0.6和0.7； 對(duì)于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1；,13,短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）形成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)符合下列規(guī)定（續(xù)）, 7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除底部加強(qiáng)部位應(yīng)調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2；,14,短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）形成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)符合下列規(guī)定（續(xù)）, 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0； 短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200mm；,15,2.結(jié)構(gòu)平面布置（續(xù)）,（3）剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁。 宜避免使墻肢剛度相差懸殊（小墻肢）的洞口設(shè)置。,16,錯(cuò)洞墻：一、二、三級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位不宜采用； 其他情況如無法避免，應(yīng)注意： 錯(cuò)洞墻洞口的水平距離2m； 按彈性平面有限元方法進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力進(jìn)行配筋； 洞口周邊加強(qiáng)有效的構(gòu)造配筋；,17,18,19,20,21,疊合錯(cuò)洞墻：一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻均不宜采用。,22,2.結(jié)構(gòu)平面布置（續(xù)）,（4）較長的剪力墻宜開設(shè)洞口，將其分成長度較為均勻的若干墻段， 墻段之間宜采用弱連梁（Ln/h6)連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的H/hw2。 墻肢截面高度hw8m。 （保證墻肢的延性，受彎產(chǎn)生的裂縫寬度小，靠近中性軸的分布鋼筋能充分發(fā)揮其強(qiáng)度）,23,2.結(jié)構(gòu)平面布置（續(xù)）,（5）控制剪力墻的數(shù)量，采用大開間剪力墻（間距為6.07.2m） 合理剛度的判斷：自振周 T=(0.050.06)n 結(jié)構(gòu)的側(cè)移 結(jié)構(gòu)剛度的調(diào)整：適當(dāng)減小剪力墻的厚度； 降低連梁的高度； 增大門窗洞口的寬度； 墻肢開洞,24,2.結(jié)構(gòu)平面布置（續(xù)）,（6）剪力墻的平面布置盡量使結(jié)構(gòu)質(zhì)心和剛心接近，使結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)剛度及振動(dòng)性能相接近。,25,3.結(jié)構(gòu)豎向布置,（1）豎向連續(xù)，上應(yīng)到頂，下要到底。 剪力墻沿高度厚度每次減小宜50100mm（宜兩側(cè)同時(shí)內(nèi)收（除外墻，電梯井外），厚度改變和混凝土等級(jí)的改變宜錯(cuò)開樓層；,26,（2）剪力墻的洞口宜上下對(duì)齊，成列布置，使剪力墻形成明確的墻肢和連梁；,27,3.結(jié)構(gòu)豎向布置（續(xù)）,（3）避免形成小墻肢，要求墻肢hw/bw3且hw500mm,28,（4）慎重采用刀把形剪力墻,29,（5）底部加強(qiáng)部位：,一般剪力墻結(jié) ， 取 H150m時(shí)，取 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，取,30,4. 應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩,當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí)，應(yīng)至少采取以下措施中的一個(gè)措施，減小梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響： 沿梁軸線方向設(shè)置與梁相連的剪力墻，抵抗該墻肢平面外彎矩； 當(dāng)不能設(shè)置與梁軸線方向相連的剪力墻時(shí)，宜在墻與梁相交處設(shè)置扶壁柱。扶壁柱宜按計(jì)算確定截面及配筋；,31,4. 應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩（續(xù)）, 當(dāng)不能設(shè)置扶壁柱時(shí)，應(yīng)在墻與梁相交處設(shè)置暗柱，并宜按計(jì)算確定配筋； 必要時(shí)，剪力墻內(nèi)可設(shè)置型鋼。,32,5.1.3剪力墻最小厚度及材料強(qiáng)度選定,1. 剪力墻的材料 不應(yīng)低于 C20 不應(yīng)低于 C25（筒體、短肢剪力墻）,33,2. 剪力墻最小厚度,保證出平面的剛度和穩(wěn)定性,34,2. 剪力墻最小厚度(續(xù)）,剪力墻無支長度 沿剪力墻長度方向沒有平面外橫向支承墻的長度 當(dāng)墻厚不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)按高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程附錄D計(jì)算墻體的穩(wěn)定 剪力墻井筒中，分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當(dāng)減小，但不宜小于160mm,35,5.1.4剪力墻設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)和程序框圖,根據(jù)高寬比限值確定剪力墻結(jié)構(gòu)三維幾何參數(shù),剪力墻平面布置,剪力墻厚度初選,計(jì)算單元選取,豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算,水平荷載作用下的內(nèi)力和位移計(jì)算,荷載校應(yīng)組合,承載力設(shè)計(jì),構(gòu)造處理,36,5.2剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移的簡化近似計(jì)算,5.2.1基本假定 5.2.2豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算 5.2.3水平荷載作用下的計(jì)算 5.2.4水平荷載的分配 5.2.5平面剪力墻分類及受力特點(diǎn) 5.2.6整體強(qiáng)的內(nèi)力和位移計(jì)算 5.2.7小開口整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算 5.2.8雙肢墻和多肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算 5.2.9壁式框架的內(nèi)力和位移計(jì)算,37,5.2剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移的簡化近似計(jì)算,5.2.1基本假定 （1）豎向荷載在縱橫向剪力墻平均按450剛性角傳力； （2）每片剪力墻僅在自身平面內(nèi)提供側(cè)向剛度，在平面 外的剛度為零； （3）平面樓蓋在平面內(nèi)剛度無限大，在平面 外的剛度為零； （4）材料處于線彈性階段,38,5.2.2豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算,豎向荷載按剪力墻受荷面積傳遞到墻，墻肢主要產(chǎn)生軸向力； 豎向荷載使連梁產(chǎn)生彎距、剪力； 集中荷載作用時(shí)要驗(yàn)算局部承壓力，可按均布荷載計(jì)算集中力對(duì)墻肢的影響；,39,40,5.2.3水平荷載作用下的計(jì)算單元和計(jì)算簡圖,簡化為縱橫兩個(gè)方向的平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，并考慮另一個(gè)方向的部分墻肢作為翼緣參與工作 剪力墻的有效翼緣寬度按表5.5的較小值取用； 按剪力墻間距計(jì)算： 按翼緣厚度計(jì)算： 按門窗洞口計(jì)算：,41,42,43,5.2.4水平荷載的分配,當(dāng)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的時(shí)候，總剪力按各片剪力墻的剛度大小向各片墻份配； Vpj由水平荷載產(chǎn)生的第j層的總剪力； EiJeqi 第I片墻的等效抗彎剛度；,44,45,5.2.5平面剪力墻分類及受力特點(diǎn),洞口系數(shù)=（墻面洞口面積/ 墻面不計(jì)洞口的總面積）*100%,46,5.2.6整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算,1.判別條件： 洞口系數(shù)15%且洞凈距及洞至墻邊凈距 洞的長邊,47,5.2.6整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（續(xù)）,2.整體墻的等效簡化處理方法 等效截面面積 ： Aq=0 A （5.3) A無洞口處截面面積 0 洞口削弱系數(shù) A0剪力墻立面總墻面面積； Ad剪力墻立面洞口總面積；,48,49,5.2.6整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（續(xù)）,等效慣性矩Jq： （5.5) n總分段數(shù),50,3.整體墻頂點(diǎn)側(cè)移計(jì)算,（倒三角形分布荷載） （均布荷載） （5.6) （頂部集中荷載）,51,3.整體墻頂點(diǎn)側(cè)移計(jì)算(續(xù)）,剪力墻的等效抗彎剛度： （5-7a） 統(tǒng)一?。?（5-7b）,52,5.2.7小開口整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算,1.小開口整體墻的內(nèi)力特點(diǎn) （1）截面正應(yīng)力基本上是直線分布，局部彎距不超過總彎距的15%； （2）在大部分樓層上，墻肢沒有反彎點(diǎn)； 2.小開口整體墻的判別條件 10 及 JA/JZ 或 JA/JZi,53,54,2.小開口整體墻的判別條件（續(xù)）,整體系數(shù)的計(jì)算： 多肢墻： 雙肢墻： （5.10) （5.11),55,2.小開口整體墻的判別條件（續(xù)）,T軸向變形影響系數(shù)，對(duì)雙肢墻T=JA/J ; Z、Zi系數(shù)，與及層數(shù)有關(guān)， 當(dāng)各墻肢及連梁都比較均勻時(shí)，由表5.7查得； 當(dāng)各墻肢相差較大時(shí)，由表5.8查得S，再按式（5.12)計(jì)算； （5.12),56,2.小開口整體墻的判別條件（續(xù)）,連梁的折算慣性矩。 第i列連梁的計(jì)算跨度的一半， 第i列連梁相鄰墻肢中性軸距離的一半； k連梁的列數(shù)，k+1墻肢數(shù)； GO,57,3.小開口整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算,（1）墻肢 彎距和軸力： （5.13) 、 第i個(gè)墻肢在x截面處 的彎距和軸力； Mp(x) x截面處 的外力引起的彎距； Ai 、 Ji 、 yi 第i個(gè)墻肢的截面面積、慣性矩和截面形心到組合截面形心的距離；,58,3.小開口整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（續(xù)）,墻肢剪力： （5.14),59,對(duì)個(gè)別不滿足JA/JZi 的墻肢（小墻肢），彎距要進(jìn)行修正：,60,3.小開口整體墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（續(xù)）,（2）連梁 連梁的剪力=上下層墻肢軸力之差； 連梁的彎距由連梁的剪力求得； （3）頂點(diǎn)位移計(jì)算： 頂點(diǎn)位移由式（5.6)1.2 等效抗彎剛度由式（5.7)1.2,61,5.2.8雙肢墻和多肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算,1.基本假定： （1）墻肢剛度比連梁剛度大得多，連梁的反彎點(diǎn)在跨中； （2）兩墻肢的位移曲線相同，同一標(biāo)高上水平位移和轉(zhuǎn)角相同； （3）沿豎向剛度與層高不變；（取加權(quán)平均值）； (4)梁考慮彎曲和剪切變形，墻肢考慮彎曲和軸向變形。,62,返回,63,64,65,2.聯(lián)肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（連續(xù)連桿法）,（1）連續(xù)連桿法的基本思路和基本方程： 將每一樓層處的連梁假設(shè)為均布在該樓層高度內(nèi)的連續(xù)連桿，用連桿切口處的變形協(xié)調(diào)條件建立(x)的微分方程，解出連桿剪力(x)； 連桿切口處的變形協(xié)調(diào)條件： 1(X)+ 2(X)+ 3(X) =0 (5.16),66,2.聯(lián)肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算（連續(xù)連桿法）, 1(X)墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對(duì)位移 1(X)= - 2Cm(x) （5.17),67,墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,68, 2(X) 墻肢軸向變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,69,墻肢軸向變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,70, 3(X) 連梁彎曲變形和剪切變性產(chǎn)生的相對(duì)位移 將1(X)、2(X)+、2(X) 的表達(dá)式代入公式（5.16），求解該方程得到(x）。,71,72,（2）雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算,連梁對(duì)墻肢的約束彎距： m()=2C() (5.20) 是、和荷載作用形式的函數(shù)，一般可制成表格查用或用EXCEL計(jì)算。,73,（2）雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算（續(xù)）,74,（2）雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算（續(xù)）,連梁的內(nèi)力：,75,m()=2C(),76,（2）雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算（續(xù)）,墻肢的內(nèi)力： j層墻肢的軸力： （5.23) j層墻肢的彎距： （5.24),77,（2）雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算（續(xù)）,j層墻肢的剪力： （5.25) （5.26) 考慮墻肢剪切變性影響后的墻肢折算慣性矩。,78,（3）雙肢墻的位移計(jì)算,（ 5.27),79,（3）雙肢墻的位移計(jì)算（續(xù)）,（5.28),80,（3）雙肢墻的位移計(jì)算（續(xù)）,三種荷載下的 分別為： （5.30),81,（3）雙肢墻的位移計(jì)算（續(xù)）,三種荷載下墻肢的等效剛度分別為： （5.31),82,（4）雙肢墻內(nèi)力分布特點(diǎn)：,側(cè)移曲線呈彎曲型。值愈大，側(cè)移愈小。 連梁的剪力最大的位置在梁的中下部， 值增大，連梁的剪力增大，剪力最大的位置下移。 值增大，連梁的剪力增大， 墻肢的軸力也必然增大。 值愈大，墻肢彎距愈小。,83,側(cè)移曲線呈彎曲型。 值愈大，側(cè)移愈小,84,連梁的剪力最大的位置在梁的中下部， 值增大，連梁的剪力增大，剪力最大的位置下移。,85,值增大，連梁的剪力增大， 墻肢的軸力也必然增大,86,值愈大，墻肢彎距愈小,87,3.多肢剪力墻的計(jì)算要點(diǎn),（1）整體系數(shù)的計(jì)算 墻肢 Ai、Ji 連梁 Abi、Jbi，連梁 的折算慣性矩Jbi0 連梁的剛度,88,3.多肢剪力墻的計(jì)算要點(diǎn)（續(xù)1）,梁墻剛度比參數(shù)： （5.34) 墻肢軸向變形影響系數(shù)： 雙肢墻 T=JA/J 多肢墻,89,3.多肢剪力墻的計(jì)算要點(diǎn)（續(xù)2）,整體系數(shù)： （5.36) （2）計(jì)算墻肢的等效剛度,90,3.多肢剪力墻的計(jì)算要點(diǎn)（續(xù)3）,（3）計(jì)算連梁的約束彎距函數(shù)（）（由及 查表）及m（ ）， 對(duì)多肢墻， m（）為k列連梁的約束彎距之和，,91,3.多肢剪力墻的計(jì)算要點(diǎn)（續(xù)4）,（4）計(jì)算連梁的內(nèi)力 多肢墻連梁約束彎距分配系數(shù)i：,92,93,3.多肢剪力墻的