高層剪力墻結構設計

1、河北科技大學建工學院河北科技大學建工學院 4.1 剪力墻結構計算假定剪力墻結構計算假定4.2 剪力墻的受力特點、分類和計算方法剪力墻的受力特點、分類和計算方法4.3 剪力墻結構的內力和側移計算剪力墻結構的內力和側移計算4.4 剪力墻截面設計和構造要求剪力墻截面設計和構造要求4.5 連續(xù)截面設計和構造要求連續(xù)截面設計和構造要求4.6 剪力墻結構的布置要求剪力墻結構的布置要求剪力墻結構：剪力墻結構：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。為了滿足使用要組合在一起的空間受力體系。為了滿足使用要求，剪力墻常開有門窗洞口。

2、求，剪力墻常開有門窗洞口。根據洞口的有無、大小、形狀和位置等，剪力墻主要可劃分為根據洞口的有無、大小、形狀和位置等，剪力墻主要可劃分為以下幾類：以下幾類： 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口墻整體小開口墻整體墻：整體墻： 幾何判定：幾何判定：（1 1）剪力墻剪力墻無洞口無洞口；（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邊尺寸洞口長邊尺寸。 受力特點：受力特點：可視為上端自由、下端固定的豎向懸臂構件?？梢暈樯隙俗杂伞⑾露斯潭ǖ呢Q向懸臂構件

3、。 整截面墻整截面墻整體小開口墻整體小開口墻： 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）洞口面積超過墻面總面積的）洞口面積超過墻面總面積的16%16%，但洞口對，但洞口對 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：受力特點： 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，其截面應力可認為由，其截面應力可認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，截面變形仍接近于整體體墻。墻。 整體小開口墻整體

4、小開口墻聯(lián)肢墻：聯(lián)肢墻： 幾何判定：幾何判定： 沿豎向開有一列或多列較大的洞口，可以簡化沿豎向開有一列或多列較大的洞口，可以簡化為若干個單肢剪力墻或為若干個單肢剪力墻或墻肢墻肢與一系列與一系列連梁連梁聯(lián)結起來聯(lián)結起來組成。組成。 受力特點：受力特點： 連梁對墻肢有一定的約束作用，連梁對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，整個截面正應力已不再呈直線分布。整個截面正應力已不再呈直線分布。 聯(lián)肢剪力墻聯(lián)肢剪力墻壁式框架壁式框架( (大開口剪力墻大開口剪力墻) )： 幾何判定：幾何判定： 當剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬，當剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬，墻肢寬度相對

5、較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的墻肢寬度相對較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的剛度。剛度。受力特點：受力特點：與框架結構相類似。與框架結構相類似。壁式框架壁式框架剪力墻結構的計算方法剪力墻結構的計算方法剪力墻結構的計算假定剪力墻結構的計算假定剪力墻結構的內力和側移計算剪力墻結構的內力和側移計算整體墻和整體小開口墻的計算整體墻和整體小開口墻的計算雙肢墻和多肢墻的連續(xù)化計算方法雙肢墻和多肢墻的連續(xù)化計算方法壁式框架在水平荷載作用下的近似計算壁式框架在水平荷載作用下的近似計算整體墻和整體小開口墻的計算整體墻和整體小開口墻的計算雙肢墻的內力和位移計算雙肢墻的內力和位移計算 雙肢墻由連梁將兩墻肢聯(lián)結在一起

6、，且墻肢的剛度一般比連梁的剛度大較多，相當雙肢墻由連梁將兩墻肢聯(lián)結在一起，且墻肢的剛度一般比連梁的剛度大較多，相當于柱梁剛度比很大的一種框架，屬于高次超靜定結構，可采用于柱梁剛度比很大的一種框架，屬于高次超靜定結構，可采用連梁連續(xù)化的分析法。連梁連續(xù)化的分析法。 問題：問題：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)非齊次線性微分方程 計算模型的簡化計算模型的簡化 基本假定 按力法求解超靜定結構按力法求解超靜定結構 兩個未知力的超靜定結構 微分方程的建立微分方程的建立22d yEIMdz 補充條件12

7、30 求解內力求解內力 微分關系求解內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未知求解兩個未知力的超靜定結力的超靜定結構構受力平衡方受力平衡方程求解內力程求解內力）（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化為沿該樓層均勻連續(xù)分布的連桿簡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，兩墻肢同一標高水平位移相等。，兩墻肢同一標高水平位移相等。3 3）轉角和曲率亦相同。每層連梁的）轉角和曲率亦相同。每層連梁的反彎點在梁的跨度中央反彎點在梁的跨度中央。4 4）沿豎向墻肢和連梁的剛度及層高均不變沿豎向墻肢和

8、連梁的剛度及層高均不變。當有變化時，可取幾何平均值。當有變化時，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處切開，可得將連續(xù)化后的連梁沿反彎點處切開，可得力法求解時的基本體系力法求解時的基本體系。 切開后的截面上有剪力集度切開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。 根據變形連續(xù)條件，根據變形連續(xù)條件，切口處沿未知力切口處沿未知力(z(z ) ) 方向上的相對位移應為零，方向

9、上的相對位移應為零，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生的相對位移）由于墻肢彎曲變形所產生的相對位移：當墻肢發(fā)生剪切變形時，當墻肢發(fā)生剪切變形時，只在墻肢的上、下截面產生相對水平錯動，此錯只在墻肢的上、下截面產生相對水平錯動，此錯動不會使連梁切口處產生相對豎向位移動不會使連梁切口處產生相對豎向位移，即由墻肢剪切變形所產生的，即由墻肢剪切變形所產生的相對相對位移為零位移為零。2 2）墻肢軸向變形所產生的相對位移）墻肢軸向變形所產生的相對位移 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，自兩墻肢底至兩墻肢底至 z 截面處截面處的軸向變形差為切口所產生

10、的相對的軸向變形差為切口所產生的相對位移。位移。 )(2z）（zNNzz0Hzaz計算計算截面截面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）內切口處的剪力之和：內切口處的剪力之和：)(2z）（zNNzz0Hzaz3 3）連梁彎曲和剪切變形所產生的相對位移）連梁彎曲和剪切變形所產生的相對位移 由于連梁切口處剪力由于連梁切口處剪力(z ) 作用，作用，使連梁產生彎曲和剪切變形使連梁產生彎曲和剪切變形，在切口處，在切口處所產生的相對位移為所產生的相對位移為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：引入補充條件，求、

11、第二步：引入補充條件，求 22MddzzH1a2a1( )Mz2()Mzz（ ）z（ ）Pz（ ）z（ ）3 3、第三步：微分方程的簡化、第三步：微分方程的簡化 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 為雙肢墻中一個墻肢對為雙肢墻中一個墻肢對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（ ）Pz

12、（ ）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)非齊次線性微分方程求解、二階常系數(shù)非齊次線性微分方程求解注：推導一個例子注：推導一個例子2 2、根據邊界條件、彎矩和曲率的關系計算、根據邊界條件、彎矩和曲率的關系計算12CC、注：是否可以采用切口水平相對位移為零，進行求解？注：是否可以采用切口水平相對位移為零，進行求解？1C2C內力計算內力計算如將線約束彎矩如將線約束彎矩m1 () 、 m2 ()分別施加在兩墻肢上，則剛結連桿可變換成分別施加在兩墻肢上，則剛結連桿可變換成鉸結連桿（此處忽略了鉸結連桿（此處忽略了 () 對墻

13、肢軸力的影響）。對墻肢軸力的影響）。鉸結連桿只能保證兩墻肢位移相等并傳遞軸力，即兩墻肢獨立工作，可按鉸結連桿只能保證兩墻肢位移相等并傳遞軸力，即兩墻肢獨立工作，可按獨立懸臂梁分析；其整體工作通過約束彎矩考慮。獨立懸臂梁分析；其整體工作通過約束彎矩考慮。1 1、 連梁內力連梁內力 h( ) zhbiVbiV2blbiMim2 2、 墻肢內力墻肢內力 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 雙肢墻內力和位移分布特點：雙肢墻內力和

14、位移分布特點：雙肢墻內力和位移分布具有下述特點：雙肢墻內力和位移分布具有下述特點：yNM多肢墻的內力和位移計算多肢墻的內力和位移計算 問題：多肢墻與雙肢墻分析方法的異同問題：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似；其的取法均與雙肢墻類似；其微分方程表達式微分方程表達式與雙肢墻相同，與雙肢墻相同，其解與雙肢墻的表達式完全一樣其解與雙肢墻的表達式完全一樣, ,只是只是式中式中有關參數(shù)應按多肢墻計算。有關參數(shù)應按多肢墻計算。微分方程的建立和求解微分方程的建立和求解 計算步驟：計算步驟：1 1）m 排連梁排連梁 , ,

15、m+ 1 肢墻肢墻 ；2 2）未知量）未知量: : 各列連梁的中點切口處的剪力各列連梁的中點切口處的剪力( (或約束彎矩或約束彎矩) ) 3 3）協(xié)調方程）協(xié)調方程: : 各組連梁的中點切口處的相對位移為零各組連梁的中點切口處的相對位移為零 ；4 4）建立）建立 m 組協(xié)調方程，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式完全一樣，只是式中有關參數(shù)應按多肢墻計算；其解與雙肢墻的表達式完全一樣，只是式中有關參數(shù)應按多肢墻計算；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??；連梁剛

16、度大，分配的約束彎矩大，反之，減小； 6 6）考慮水平位置的影響，靠近墻中部的連梁剪應較大）考慮水平位置的影響，靠近墻中部的連梁剪應較大 。 注：多肢墻的計算參數(shù)注：多肢墻的計算參數(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)的計算、分配系數(shù)的計算 內力計算內力計算 位移和等效剛度位移和等效剛度 壁式框架的內力和位移計算壁式框架的內力

17、和位移計算 由于墻肢和連梁的截面高度較大，節(jié)點區(qū)也較大，故計算時應將節(jié)點由于墻肢和連梁的截面高度較大，節(jié)點區(qū)也較大，故計算時應將節(jié)點視為墻肢和連梁的剛域，按帶剛域的框架（即壁式框架）進行分析。視為墻肢和連梁的剛域，按帶剛域的框架（即壁式框架）進行分析。 問題：問題：壁式框架與框架結構的主要區(qū)別壁式框架與框架結構的主要區(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。計算簡圖計算簡圖Ch1a2a1bl2bl1c2cbh2cl1cl剛域的長度取值剛域的長度取值

18、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、無剛域桿件且不考慮剪切變形的轉動剛度、無剛域桿件且不考慮剪切變形的轉動剛度 轉動剛度：當兩端均產生單位轉角轉動剛度：當兩端均產生單位轉角 = 1 時時, 所需的桿端彎矩。所需的桿端彎矩。liiiMbaa624liiiMabb62421266lililiVbalEIi 1baabAB06426ababiMMiiill2、無剛域桿件但考慮剪切變形的剛度、無剛域桿件但考慮剪切變形的剛度 轉動剛度：當兩端均產生單位轉角轉動剛度：當兩端均產生單位轉角 = 1 時時, 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 轉動剛度：帶剛域桿件，當兩端均產生單位轉角轉動剛度：帶剛域桿件，當兩端均產生單位轉角 = 1 時所需的時所需的 桿