框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、u從框架剪力墻結(jié)構(gòu)的變形曲線上看從框架剪力墻結(jié)構(gòu)的變形曲線上看：下部：剪力墻變形增加了，框架變形減小了，剪力墻承擔(dān)更多的剪力；上部：剪力墻變形較小了，框架變形增大了，框架承擔(dān)更多的剪力。u框架剪力墻層間變形框架剪力墻層間變形：上部小于純剪力墻結(jié)構(gòu)；下部小于純框架結(jié)構(gòu)。框架剪力墻框架-剪力墻變形特點(diǎn)荷載分配剪力分布n有限元法，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。剪力墻簡(jiǎn)化為帶剛域平面框架。可考慮結(jié)構(gòu)的桿件的軸向、彎曲和剪切變形影響，建立在平面結(jié)構(gòu)假定的基礎(chǔ)上，計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確；n簡(jiǎn)化計(jì)算方法，手算求解，是一種比較實(shí)用的近似計(jì)算方法。在大多數(shù)比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用此方法。但此方法忽略柱軸向變形，在高度較大的高層建筑

2、中計(jì)算有誤差。近似方法把所有剪力墻合并為總剪力墻，所有框架合并為總框架，協(xié)同工作計(jì)算主要解決荷載在總剪力墻和總框架之間的分配，得到總剪力墻和總框架的總內(nèi)力，并計(jì)算側(cè)向位移。鉸接體系計(jì)算簡(jiǎn)圖剛接體系計(jì)算簡(jiǎn)圖框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，外荷載由框架和剪力墻共同承擔(dān)。外力在框架和剪力墻之間的分配由協(xié)同工作計(jì)算確定。協(xié)同工作計(jì)算采用連續(xù)連桿法。建立坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)取在剪力墻底部，向上為軸正向，向右為軸正向。在圖示的框架剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖中，將連桿切斷后，在各樓層標(biāo)高處框架和剪力墻之間存在相互作用的集中力Pfi。取出總剪力墻作為隔離體，總剪力墻上作用有外荷載P及框架和剪力墻之間的相互作用力Pfi

3、。EwI neqEI 總剪力墻中剪力墻數(shù)量單片剪力墻的等效抗彎剛度n總框架剛度計(jì)算n總框架的剪切剛度Cf為使總框架在樓層間產(chǎn)生單位剪切變形時(shí)所需要的水平剪力。fC h DhjD 當(dāng)總框架各層抗側(cè)剛度及總剪力墻各層等效抗彎剛度沿結(jié)構(gòu)高度有變化，且變化不大時(shí)，可采用加權(quán)平均的方法計(jì)算總剛度。D框架抗推剛度wEI44dxyd)(xp)(xpf 由剪切剛度Cf的定義可知， Cf為使總框架在樓層處產(chǎn)生單位剪切變形時(shí)所需的水平剪力。當(dāng)總框架的剪切變形為q =dy/dx時(shí)，總框架層間剪力為fV fCqfCdxdy dxdVf)(xpf 則有)(xpffC22dxyd 將)(xpf代入 則有， wEI44dx

4、ydfC22dxyd)(xp 上式兩端同時(shí)除以wEI ： 44dxydwfEIC22dxydwEIxp)( 引入無(wú)量綱量及結(jié)構(gòu)的剛度特征值： Hx HwfEIC 方程 變?yōu)?44dyd222dydwEIH4)(p 此方程為四階常系數(shù)非齊次線性微分方程。 通解1y 根據(jù)齊次方程的特征方程的根確定通解形式為： 1y 1C 2C A)(sh B)(ch 特解2y 特解由外荷載形式確定，采用待定系數(shù)法求解。對(duì)應(yīng)于不同的荷載形式，特解分別為： 2yfCqH222 (均布荷載) 2yfCqH623 (倒三角形分布荷載) 2y0 (頂點(diǎn)集中荷載) 確定通解中的系數(shù)1C、2C、 A、B 取剪力墻為脫離體，其四

5、個(gè)邊界條件分別為： a. 當(dāng)0(即x0)時(shí)，結(jié)構(gòu)底部位移 y 0 b. 當(dāng)0(即x0)時(shí)，結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)角qddy0 c. 當(dāng)1(即 xH )時(shí)，結(jié)構(gòu)頂部彎矩為零，即22dyd0 d. 當(dāng)1(即xH )時(shí)，結(jié)構(gòu)頂部總剪力 V wV fV P00 )( )(頂部集中荷載（ 倒三角形分布荷載）均布荷載 同理可以確定倒三角形分布荷載和集中荷載作用下的參數(shù)。y24wEIqHchsh1()(ch1)(sh2(12) (均布荷載) y24wEIqHchch1)(2sh3sh21 )(sh212162 (倒三角形分布荷載) y33wEIPHchsh()(ch1)(sh (頂部集中荷載) wM wEI22dxyd

6、2HEIw22dyd wV dxdMwwEI33dxyd3HEIw33dyd 將三種荷載作用下剪力墻的位移計(jì)算公式代入上兩式，便可得到總剪力墻的彎矩wM 和剪力wV 。 總剪力墻的位移y、彎矩wM 和剪力wV 均是和的函數(shù)，計(jì)算起來(lái)比較繁瑣，可以將計(jì)算公式做成計(jì)算圖表，設(shè)計(jì)時(shí)直接查用，方便快捷。在查表時(shí)需要注意，表中沒(méi)有直接給出位移及內(nèi)力，給出的是位移系數(shù)Hfy)(、彎矩系數(shù)0)(MMw和剪力系數(shù)0)(VVw，可以通過(guò)下列公式計(jì)算出總剪力墻的位移、彎矩和剪力： y Hfy)(Hf wM 0)(MMw0M wV 0)(VVw0V 式中 Hf剪力墻單獨(dú)承受水平荷載時(shí)，在剪力墻頂點(diǎn)產(chǎn)生的位移，三種荷

7、載作用下的位移計(jì)算公式分別為： Hf81wEIqH4 均布荷載 Hf12011wEIqH4 倒三角形分布荷載 Hf31wEIPH3 頂點(diǎn)集中荷載 0M 水平荷載在剪力墻底部產(chǎn)生的總彎矩，對(duì)應(yīng)于三種荷載分別為 22qH、32qH和PH ； 0V 水平荷載在剪力墻底部產(chǎn)生的總剪力，對(duì)應(yīng)于三種荷載分別為 qH、2qH和P。 n總框架剪力計(jì)算 將總剪力減去總剪力墻的剪力就得到總框架的剪力。 fV )(pV)(wV 總框架的剪力也可以通過(guò)下式計(jì)算： fV fCqHCfddy 剛接體系計(jì)算簡(jiǎn)圖在框架剪力墻剛接體系中，將連桿切開(kāi)，連桿中除軸向力外，還有剪力和彎矩。將連桿的剪力和彎矩對(duì)墻肢截面形心取矩，就得到

8、對(duì)墻肢的約束彎矩iM 。連桿軸向力fiP 和約束彎矩iM 都是作用在樓層處的集中力，將其在層高內(nèi)連續(xù)化得到分布力)(xpf和)(xm。將外荷載也化為分布力)(xp。取剪力墻為隔離體進(jìn)行求解，剪力墻上作用有外荷載)(xp以及連桿傳遞過(guò)來(lái)的荷載)(xm和)(xpf。 n剛接連桿桿端約束彎矩 在剛接體系中，形成剛接連桿的連梁有兩種：連接墻肢與框架的連梁和連接墻肢與墻肢的連梁。這兩種連梁都可以簡(jiǎn)化為帶剛域的梁，剛域長(zhǎng)度可以按壁式框架中剛域長(zhǎng)度計(jì)算方法確定。n建立微分方程及求解建立坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)取在剪力墻底部，向上為x軸正向，向右為y軸正向。在剛接體系中，連梁的約束彎矩在總剪力墻x高度截面處產(chǎn)生的彎矩

9、為mV dxdMmmni 1hmabi)(xqni 1hmabidxdy )(xpmdxdVmni 1hmabi22dxyd 取總剪力墻作為隔離體，其內(nèi)力與彎曲變形之間的關(guān)系如下： wEI44dxyd)(xp)(xpf)(xpm 在鉸接體系中，已經(jīng)給出)(xpf為： )(xpffC22dxyd 將)(xpf和)(xpm代入式 ，則有 wEI44dxyd(fC +ni 1hmabi)22dxyd)(xp WbfEICCHWfEICH 由和查圖表可以確定總剪力墻分配到的彎矩wM 和wV 計(jì)算fV 。fVpVwV 計(jì)算總框架和總連梁的剪力。根據(jù)總框架的抗推剛度和總連梁的約束剛度按比例分配。 fV m

10、ffCCCfV mmfmCCCfV 計(jì)算總剪力墻分配到的剪力wV wV wVm backback總框架的剪力fV應(yīng)按各柱的抗側(cè)剛度D 分配到各柱。嚴(yán)格說(shuō)，應(yīng)當(dāng)取各柱反彎點(diǎn)位置處的坐標(biāo)計(jì)算fV，但計(jì)算太繁瑣，在近似計(jì)算方法中也無(wú)必要。因此，可近似求出各層柱中點(diǎn)處剪力作為反彎點(diǎn)處的剪力。 計(jì)算時(shí)， 可以按樓板標(biāo)高處的坐標(biāo)計(jì)算fV，取上下層樓板標(biāo)高處的剪力的平均值在各柱中分配，就可以得到各柱中點(diǎn)處的剪力。因此，第i層第 j 個(gè)柱子分配到的剪力為 cijVklljDD121fifiVV 式中 k 總框架中第i層柱子數(shù)量。 backbackback水平剪力在總剪力墻和總框架之間的分配受剛度特征值的影響較

11、大。當(dāng)較小時(shí)，總剪力墻承擔(dān)大部分剪力，0時(shí)，總剪力墻承擔(dān)全部剪力。當(dāng)很大時(shí)，總框架承擔(dān)了大部分剪力，當(dāng)時(shí)，全部剪力由總框架承擔(dān)。在結(jié)構(gòu)底部，總框架承擔(dān)的剪力為零；在結(jié)構(gòu)頂部總的水平剪力為零，但總框架和總剪力墻的剪力不等于零，而是數(shù)值相等，方向相反?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中，框架的剪力最大值在結(jié)構(gòu)的中部樓層。隨著的增大，最大剪力層向下移動(dòng)。框剪結(jié)構(gòu)剪力分配back剪力墻下部承受的荷載大于外荷載，上部荷載逐漸減小，頂部作用有反向的集中力?？蚣芟虏孔饔糜胸?fù)荷載，上部變?yōu)檎奢d，頂部有正集中力。backu框架部分抗震等級(jí)、房屋適用高度和高寬比的調(diào)整抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震引起的對(duì)房屋的傾覆力矩由框架和剪力墻兩部分共同

12、承擔(dān)。若由框架承擔(dān)的部分大于總傾覆力矩(基本振型作用)的50%以上時(shí)，說(shuō)明框架部分已居于較主要的地位，應(yīng)加強(qiáng)其抗震能力的儲(chǔ)備。具體要求是：按框架結(jié)構(gòu)的要求確定其抗震等級(jí)；軸壓比也按純框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定來(lái)限制。至于適用高度和高寬比則可取框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩者之間的值，視框架部分承擔(dān)總傾覆力矩的百分比而定，當(dāng)框架部分承擔(dān)的百分比接近于0時(shí)，取接近剪力墻結(jié)構(gòu)的適用高度和高寬比，當(dāng)框架部分承擔(dān)的百分比接近于100%時(shí)，取接近框架結(jié)構(gòu)的適用高度和高寬比。 抗震設(shè)計(jì)的框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架部分承擔(dān)的地震剪力滿(mǎn)足下式要求的樓層，其框架總剪力不必調(diào)整；不滿(mǎn)足下式要求的樓層，其框架總剪力應(yīng)按0.2V0和1.5Vf

13、max二者的較小值采用。 各層框架所承擔(dān)的地震總剪力按調(diào)整后，應(yīng)按調(diào)整前、后總剪力的比值調(diào)整每根框架柱和與之相連框架梁的剪力及端部彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，框架柱的軸力標(biāo)準(zhǔn)值可不予調(diào)整。 按振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用時(shí)，的調(diào)整可在振型組合之后進(jìn)行。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的各層框架總剪力應(yīng)符合下列規(guī)定：u框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架梁、柱的截面設(shè)計(jì)按框架結(jié)構(gòu)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，剪力墻的截面設(shè)計(jì)按剪力墻結(jié)構(gòu)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。n構(gòu)造要求u剪力墻分布鋼筋和拉筋u剪力墻豎向和水平分布鋼筋配筋率u抗震設(shè)計(jì)時(shí)均不應(yīng)小于0.25%，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)均不應(yīng)小于0.20%，并應(yīng)至少雙排配置。u拉筋u各排分布鋼筋之間應(yīng)設(shè)置拉筋。拉筋直徑不應(yīng)小于6，間距不應(yīng)大于600。u這些規(guī)定是剪力墻設(shè)計(jì)的最基本構(gòu)造要求，使剪力墻具有了最低限度的強(qiáng)度和延性保證。實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定不低于該項(xiàng)要求的、適當(dāng)?shù)臉?gòu)造設(shè)計(jì)。該項(xiàng)是強(qiáng)制性條文，應(yīng)特別注意。u邊框剪力墻的截面厚度應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定：u剪力墻的水平鋼筋u帶邊框剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜與邊框柱相同。u與剪力墻重合的框架梁u 邊框柱u 剪力墻截面宜按工字形設(shè)計(jì)，其端部縱向受力鋼筋應(yīng)配置在邊框柱截面內(nèi)。1、框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻布置多少比較合理？請(qǐng)全面分析應(yīng)考慮的因素。為什么說(shuō)并不是剪力墻越多越好？2、為什么框剪結(jié)構(gòu)的彎剪型變形曲