高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、河北科技大學(xué)建工學(xué)院河北科技大學(xué)建工學(xué)院 4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算假定剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算假定4.2 剪力墻的受力特點(diǎn)、分類(lèi)和計(jì)算方法剪力墻的受力特點(diǎn)、分類(lèi)和計(jì)算方法4.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算4.4 剪力墻截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求剪力墻截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求4.5 連續(xù)截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求連續(xù)截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求4.6 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求剪力墻結(jié)構(gòu)：剪力墻結(jié)構(gòu)：是由一定數(shù)量的鋼筋混凝土豎向縱、橫墻體是由一定數(shù)量的鋼筋混凝土豎向縱、橫墻體和樓層和樓層(板板)組合在一起的空間受力體系。為了滿(mǎn)足使用要組合在一起的空間受力體系。為了滿(mǎn)足使用要求，剪力墻常開(kāi)有門(mén)窗洞口。

2、求，剪力墻常開(kāi)有門(mén)窗洞口。根據(jù)洞口的有無(wú)、大小、形狀和位置等，剪力墻主要可劃分為根據(jù)洞口的有無(wú)、大小、形狀和位置等，剪力墻主要可劃分為以下幾類(lèi)：以下幾類(lèi)： 整體墻整體墻聯(lián)肢墻聯(lián)肢墻壁式框架壁式框架整體小開(kāi)口墻整體小開(kāi)口墻整體墻：整體墻： 幾何判定：幾何判定：（1 1）剪力墻）剪力墻無(wú)洞口無(wú)洞口；（2 2）有洞口，墻面洞口面積）有洞口，墻面洞口面積不大于不大于墻面墻面總面積的總面積的16%16%，且，且洞口間的凈距洞口間的凈距及及洞口至墻洞口至墻邊的距離邊的距離均大于均大于洞口長(zhǎng)邊尺寸洞口長(zhǎng)邊尺寸。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：可視為上端自由、下端固定的豎向懸臂構(gòu)件?？梢暈樯隙俗杂?、下端固定的豎向懸臂構(gòu)

3、件。 整截面墻整截面墻整體小開(kāi)口墻整體小開(kāi)口墻： 幾何判定：幾何判定：（1 1）洞口稍大一些，且洞口沿豎向成列布置，）洞口稍大一些，且洞口沿豎向成列布置， （2 2）洞口面積超過(guò)墻面總面積的）洞口面積超過(guò)墻面總面積的16%16%，但洞口對(duì)，但洞口對(duì) 剪力墻的受力影響仍較小。剪力墻的受力影響仍較小。受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)： 在水平荷載下，由于洞口的存在，墻肢中已出現(xiàn)在水平荷載下，由于洞口的存在，墻肢中已出現(xiàn)局部彎曲局部彎曲，其截面應(yīng)力可認(rèn)為由，其截面應(yīng)力可認(rèn)為由墻體的整體彎曲和墻體的整體彎曲和局部彎曲二者疊加組成局部彎曲二者疊加組成，截面變形仍接近于整體墻。，截面變形仍接近于整體墻。 整體小開(kāi)口墻整

4、體小開(kāi)口墻聯(lián)肢墻：聯(lián)肢墻： 幾何判定：幾何判定： 沿豎向開(kāi)有一列或多列較大的洞口，可以簡(jiǎn)化沿豎向開(kāi)有一列或多列較大的洞口，可以簡(jiǎn)化為若干個(gè)單肢剪力墻或?yàn)槿舾蓚€(gè)單肢剪力墻或墻肢墻肢與一系列與一系列連梁連梁聯(lián)結(jié)起來(lái)聯(lián)結(jié)起來(lái)組成。組成。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)： 連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用，連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用，墻肢局部彎矩墻肢局部彎矩較大，較大，整個(gè)截面正應(yīng)力已不再呈直線(xiàn)分布。整個(gè)截面正應(yīng)力已不再呈直線(xiàn)分布。 聯(lián)肢剪力墻聯(lián)肢剪力墻壁式框架壁式框架( (大開(kāi)口剪力墻大開(kāi)口剪力墻) )： 幾何判定：幾何判定： 當(dāng)剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬，當(dāng)剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬，墻肢寬度相

5、對(duì)較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的墻肢寬度相對(duì)較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的剛度。剛度。受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：與框架結(jié)構(gòu)相類(lèi)似。與框架結(jié)構(gòu)相類(lèi)似。壁式框架壁式框架剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算假定剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算假定剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算雙肢墻和多肢墻的連續(xù)化計(jì)算方法雙肢墻和多肢墻的連續(xù)化計(jì)算方法壁式框架在水平荷載作用下的近似計(jì)算壁式框架在水平荷載作用下的近似計(jì)算整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算雙肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算雙肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算 雙肢墻由連梁將兩墻肢聯(lián)結(jié)在一

6、起，且墻肢的剛度一般比連梁的剛度大較多，相當(dāng)雙肢墻由連梁將兩墻肢聯(lián)結(jié)在一起，且墻肢的剛度一般比連梁的剛度大較多，相當(dāng)于柱梁剛度比很大的一種框架，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，可采用于柱梁剛度比很大的一種框架，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，可采用連梁連續(xù)化的分析法。連梁連續(xù)化的分析法。 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：連梁連續(xù)化法的基本思路連梁連續(xù)化法的基本思路？雙肢墻連梁連雙肢墻連梁連續(xù)化分析法續(xù)化分析法 微分方程的求解微分方程的求解 求解二階常系數(shù)非齊次線(xiàn)性微分方程 計(jì)算模型的簡(jiǎn)化計(jì)算模型的簡(jiǎn)化 基本假定 按力法求解超靜定結(jié)構(gòu)按力法求解超靜定結(jié)構(gòu) 兩個(gè)未知力的超靜定結(jié)構(gòu) 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdz 補(bǔ)充條件1

7、230 求解內(nèi)力求解內(nèi)力 微分關(guān)系求解內(nèi)力將連桿離散化將連桿離散化 ，均勻分布均勻分布求解兩個(gè)未知求解兩個(gè)未知力的超靜定結(jié)力的超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)受力平衡方受力平衡方程求解內(nèi)力程求解內(nèi)力）（z）（z）（z多余未知力多余未知力基本假定基本假定1 1）每一樓層處的連梁）每一樓層處的連梁簡(jiǎn)化為沿該樓層均勻連續(xù)分布的連桿簡(jiǎn)化為沿該樓層均勻連續(xù)分布的連桿。2 2）忽略連梁軸向變形忽略連梁軸向變形，兩墻肢同一標(biāo)高水平位移相等。，兩墻肢同一標(biāo)高水平位移相等。3 3）轉(zhuǎn)角和曲率亦相同。每層連梁的）轉(zhuǎn)角和曲率亦相同。每層連梁的反彎點(diǎn)在梁的跨度中央反彎點(diǎn)在梁的跨度中央。4 4）沿豎向墻肢和連梁的剛度及層高均不變沿豎向墻肢

8、和連梁的剛度及層高均不變。當(dāng)有變化時(shí)，可取幾何平均值。當(dāng)有變化時(shí)，可取幾何平均值。微分方程的建立微分方程的建立1 1、第一步：根據(jù)基本體系在連梁切口處的變形連續(xù)條件，建立微分方程：、第一步：根據(jù)基本體系在連梁切口處的變形連續(xù)條件，建立微分方程： 將連續(xù)化后的連梁沿反彎點(diǎn)處切開(kāi)，可得將連續(xù)化后的連梁沿反彎點(diǎn)處切開(kāi)，可得力法求解時(shí)的基本體系力法求解時(shí)的基本體系。 切開(kāi)后的截面上有剪力集度切開(kāi)后的截面上有剪力集度(z ) 和軸力集度和軸力集度(z )，取，取(z )為多余未知力為多余未知力。 根據(jù)變形連續(xù)條件，根據(jù)變形連續(xù)條件，切口處沿未知力切口處沿未知力(z ) (z ) 方向上的相對(duì)位移應(yīng)為零，

9、方向上的相對(duì)位移應(yīng)為零，建立微分方程建立微分方程。1231（1 1）由于墻肢彎曲變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移）由于墻肢彎曲變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移：當(dāng)墻肢發(fā)生剪切變形時(shí)，當(dāng)墻肢發(fā)生剪切變形時(shí)，只在墻肢的上、下截面產(chǎn)生相對(duì)水平錯(cuò)動(dòng)，此錯(cuò)只在墻肢的上、下截面產(chǎn)生相對(duì)水平錯(cuò)動(dòng)，此錯(cuò)動(dòng)不會(huì)使連梁切口處產(chǎn)生相對(duì)豎向位移動(dòng)不會(huì)使連梁切口處產(chǎn)生相對(duì)豎向位移，即由墻肢剪切變形所產(chǎn)生的，即由墻肢剪切變形所產(chǎn)生的相對(duì)相對(duì)位移為零位移為零。2 2）墻肢軸向變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移）墻肢軸向變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移 2 基本體系在切口處剪力作用下，自基本體系在切口處剪力作用下，自?xún)蓧χ字羶蓧χ字?z 截面處截面處的軸向變形差為切口所

10、產(chǎn)生的相對(duì)的軸向變形差為切口所產(chǎn)生的相對(duì)位移。位移。 )(2z）（zNNzz0Hzaz計(jì)算計(jì)算截面截面z z 截面處的軸力在數(shù)量上等于截面處的軸力在數(shù)量上等于（Hz高度范圍）高度范圍）內(nèi)切口處的剪力之和：內(nèi)切口處的剪力之和：)(2z）（zNNzz0Hzaz3 3）連梁彎曲和剪切變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移）連梁彎曲和剪切變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移 由于連梁切口處剪力由于連梁切口處剪力(z ) 作用，作用，使連梁產(chǎn)生彎曲和剪切變形使連梁產(chǎn)生彎曲和剪切變形，在切口處，在切口處所產(chǎn)生的相對(duì)位移為所產(chǎn)生的相對(duì)位移為33hz）（bl（連梁切口處的變形連續(xù)條件）（連梁切口處的變形連續(xù)條件）2 2、第二步：引入補(bǔ)充條件，

11、求、第二步：引入補(bǔ)充條件，求 22MddzzH1a2a1( )Mz2()Mzz（ ）z（ ）Pz（ ）z（ ）3 3、第三步：微分方程的簡(jiǎn)化、第三步：微分方程的簡(jiǎn)化 雙肢墻的基本微分方程：雙肢墻的基本微分方程：D 為連梁的剛度為連梁的剛度S 為雙肢墻中一個(gè)墻肢對(duì)為雙肢墻中一個(gè)墻肢對(duì)組合截面形心軸的面積矩組合截面形心軸的面積矩（反映洞口大?。ǚ从扯纯诖笮。?為連梁與墻為連梁與墻肢剛度比肢剛度比令：令： 為剪力墻的整為剪力墻的整體工作系數(shù)體工作系數(shù)232bba IDl2a改為 4 4、第四步：引入約束彎矩表述的微分方程、第四步：引入約束彎矩表述的微分方程1m z（ ）zH1a2az（ ）z（ ）

12、Pz（ ）z（ ）2m z（ ）12 ( )m zm zm zaz（ ）（ ）（ ）微分方程的求解微分方程的求解1、二階常系數(shù)非齊次線(xiàn)性微分方程求解、二階常系數(shù)非齊次線(xiàn)性微分方程求解注：推導(dǎo)一個(gè)例子注：推導(dǎo)一個(gè)例子2 2、根據(jù)邊界條件、彎矩和曲率的關(guān)系計(jì)算、根據(jù)邊界條件、彎矩和曲率的關(guān)系計(jì)算12CC、注：是否可以采用切口水平相對(duì)位移為零，進(jìn)行求解？注：是否可以采用切口水平相對(duì)位移為零，進(jìn)行求解？1C2C內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算如將線(xiàn)約束彎矩如將線(xiàn)約束彎矩m1 () 、 m2 ()分別施加在兩墻肢上，則剛結(jié)連桿可變換成分別施加在兩墻肢上，則剛結(jié)連桿可變換成鉸結(jié)連桿（此處忽略了鉸結(jié)連桿（此處忽略了 ()

13、對(duì)墻肢軸力的影響）。對(duì)墻肢軸力的影響）。鉸結(jié)連桿只能保證兩墻肢位移相等并傳遞軸力，即兩墻肢獨(dú)立工作，可按鉸結(jié)連桿只能保證兩墻肢位移相等并傳遞軸力，即兩墻肢獨(dú)立工作，可按獨(dú)立懸臂梁分析；其整體工作通過(guò)約束彎矩考慮。獨(dú)立懸臂梁分析；其整體工作通過(guò)約束彎矩考慮。1 1、 連梁內(nèi)力連梁內(nèi)力 h( ) zhbiVbiV2blbiMim2 2、 墻肢內(nèi)力墻肢內(nèi)力 iHz1iM2iMim1iV2 iViH z1iN2 iNbiViHz位移和等效剛度位移和等效剛度1 1、位移、位移（考慮墻肢彎曲變形和剪切變形的影響）（考慮墻肢彎曲變形和剪切變形的影響）2、等效剛度、等效剛度 雙肢墻內(nèi)力和位移分布特點(diǎn)：雙肢墻內(nèi)

14、力和位移分布特點(diǎn)：雙肢墻內(nèi)力和位移分布具有下述特點(diǎn)：雙肢墻內(nèi)力和位移分布具有下述特點(diǎn)：yNM多肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算多肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算 問(wèn)題：多肢墻與雙肢墻分析方法的異同問(wèn)題：多肢墻與雙肢墻分析方法的異同？ 多肢墻分析方法的多肢墻分析方法的基本假定基本假定和和基本體系基本體系的取法均與雙肢墻類(lèi)似；其的取法均與雙肢墻類(lèi)似；其微分方程表達(dá)式微分方程表達(dá)式與雙肢墻相同，與雙肢墻相同，其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣, ,只是只是式中式中有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算。有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算。微分方程的建立和求解微分方程的建立和求解 計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：1 1）m 排連梁排連梁 ,

15、, m+ 1 肢墻肢墻 ；2 2）未知量）未知量: : 各列連梁的中點(diǎn)切口處的剪力各列連梁的中點(diǎn)切口處的剪力( (或約束彎矩或約束彎矩) ) 3 3）協(xié)調(diào)方程）協(xié)調(diào)方程: : 各組連梁的中點(diǎn)切口處的相對(duì)位移為零各組連梁的中點(diǎn)切口處的相對(duì)位移為零 ；4 4）建立）建立 m 組協(xié)調(diào)方程，相疊加后可建立與雙肢墻完全相同的微分方程，組協(xié)調(diào)方程，相疊加后可建立與雙肢墻完全相同的微分方程，其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣，只是式中有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算；其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣，只是式中有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算；5 5）連梁約束彎矩的分配）連梁約束彎矩的分配: :連梁剛度大，分配的約束彎矩大，反之，減小；連

16、梁剛度大，分配的約束彎矩大，反之，減??； 6 6）考慮水平位置的影響，靠近墻中部的連梁剪應(yīng)較大）考慮水平位置的影響，靠近墻中部的連梁剪應(yīng)較大 。 注：多肢墻的計(jì)算參數(shù)注：多肢墻的計(jì)算參數(shù)注：多肢墻的約束彎矩分配系數(shù)注：多肢墻的約束彎矩分配系數(shù)約束彎矩分配系數(shù)約束彎矩分配系數(shù) 1 1、約束彎矩分配系數(shù)、約束彎矩分配系數(shù) 2 2、影響因素、影響因素2 2）多肢墻的整體工作系數(shù)）多肢墻的整體工作系數(shù) 1 1）各列連梁的剛度系數(shù)）各列連梁的剛度系數(shù) jD3）連梁的位置）連梁的位置 3 3、分配系數(shù)的計(jì)算、分配系數(shù)的計(jì)算 內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算 位移和等效剛度位移和等效剛度 壁式框架的內(nèi)力和位移計(jì)算壁式框架的

17、內(nèi)力和位移計(jì)算 由于墻肢和連梁的截面高度較大，節(jié)點(diǎn)區(qū)也較大，故計(jì)算時(shí)應(yīng)將節(jié)點(diǎn)由于墻肢和連梁的截面高度較大，節(jié)點(diǎn)區(qū)也較大，故計(jì)算時(shí)應(yīng)將節(jié)點(diǎn)視為墻肢和連梁的剛域，按帶剛域的框架（即壁式框架）進(jìn)行分析。視為墻肢和連梁的剛域，按帶剛域的框架（即壁式框架）進(jìn)行分析。 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：壁式框架與框架結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別壁式框架與框架結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別？壁壁式式框框架架梁柱桿端均有剛域，從而使桿件的剛度增大；梁柱桿端均有剛域，從而使桿件的剛度增大；梁柱截面高度較大，需考慮桿件剪切變形的影響。梁柱截面高度較大，需考慮桿件剪切變形的影響。計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖Ch1a2a1bl2bl1c2cbh2cl1cl剛域的長(zhǎng)度取值剛域的長(zhǎng)度

18、取值帶剛域桿件的等效剛度帶剛域桿件的等效剛度 壁式框架與一般框架的區(qū)別：壁式框架與一般框架的區(qū)別： 1 1）梁柱桿端均有剛域，從而使桿件的剛度增大；）梁柱桿端均有剛域，從而使桿件的剛度增大； 2 2）梁柱截面高度較大，需考慮桿件剪切變形的影響。）梁柱截面高度較大，需考慮桿件剪切變形的影響。1、無(wú)剛域桿件且不考慮剪切變形的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、無(wú)剛域桿件且不考慮剪切變形的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 = 1 時(shí)時(shí), 所需的桿端彎矩。所需的桿端彎矩。liiiMbaa624liiiMabb62421266lililiVbalEIi 1baabAB06426ababiMMiiill2、無(wú)剛域桿件但考慮剪切變形的剛度、無(wú)剛域桿件但考慮剪切變形的剛度 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 = 1 時(shí)時(shí), 所需的桿端彎矩。所需的桿端彎矩。1baabAB061abiMMl3、帶剛域桿件且考慮剪切變形的剛度、帶剛域桿件且考慮剪切變形的剛度 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：帶剛域桿件，當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：帶剛域桿件，當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 = 1 時(shí)所需的時(shí)所需的 桿