底層大空間（部分框支）剪力墻結構分析

1、第三章 底層大空間（部分框支）剪力墻結構分析3.1 相關概念3.3 框支剪力墻在水平荷載作用下的工作特點和分析計算3.4 底層大空間剪力墻結構體系的布置與協(xié)同工作計算方法3.2 框支剪力墻結構在豎向荷載作用下的工作特性與計算 剪力墻結構底部（層）若需要大空間，常布置成部分墻肢落地、部分墻肢框支的協(xié)同工作整體結構體系。部分框支剪力墻結構的側向剛度在墻與框架交接處發(fā)生突變?？蛑Γ禾峁┐罂臻g； 落地墻：加強結構的抗震能力，提供足夠的抗側剛度 3.1 相關概念框支墻底層（部）抗側剛度框支墻的底層框架承擔剪力落地墻承擔的剪力結構特點底層墻體與框支層樓蓋對水平力的傳遞非常重要，予以加強。實際工程中可用框

2、-剪結構的裙房提供的抗側剛度來彌補底部大空間剪力墻結構底部抗側剛度的不足。水平力在底層的分配關系與上部各層不同，不同點在于：樓蓋實現(xiàn)內力的傳遞與調整； 落地墻作為框支墻的彈性支承； 底層大空間剪力墻結構的分析計算1）框支剪力墻在豎向荷載用下的分析計算 2）框支剪力墻在水平荷載作用下的分析計算 3）底層大空間剪力墻結構體系布置及其協(xié)同工作分析計算 4）大底盤大空間剪力墻結構體系布置及其協(xié)同工作分析計算 3.2框支剪力墻結構在豎向荷載作用下的 工作特性與計算一維桿件的框架梁、柱 二維的墻板 1特點：兩種不同性能的構件的組合剪力墻板的應力分布 （特別是靠近底部框架處）2需要解決的問題托梁的力的量值與

3、分布規(guī)律 托梁的內力(M、N、V) 框支柱的內力 落地墻與框支墻的協(xié)同工作 1）綜合運用彈性力學平面問題和桿系結構力學的理論，有限元法可以分析任意形狀在任意荷載作用下的框支墻 3問題的解決方法2）解析解法 按彈性力學平面問題的原理分析二維墻板的應力 ；用應力函數通過級數進行近似求解，用墻板和梁的變形協(xié)調邊界條件確定代定系數。 3.3 單跨框支剪力墻近似計算方法 3.3.1墻板中豎向應力 的分布特點在距梁頂界面 時， 在距梁頂界面 （ 凈跨）， 基本均勻分布； 水平方向：跨中最小，支座最大，中部曲線下降（馬鞍形）拱作用；豎直方向：墻梁交界處應力集中，上部變化平緩，下部變化明顯； 3.3.2 有關

4、參數若t為墻板厚度，墻板中任意一點處的豎向應力集中系數C可定義為實際豎向應力 與平均豎向應力q/t的比值，即：托梁剛度越小，C；框支柱b（bL）越小，C； 繪制出柱頂處的墻板應力集中系數C與C1在bL處于不同水平時的關系曲線如右圖所示：墻梁剛度比C1定義為： 繪制出梁墻交接面處C(x)與xL在bL處于不同水平時的關系曲線如下圖所示：3.3.3 托梁軸拉力計算 按近似計算方法和上圖所示的受力分布， 半邊墻體的受力體系的平衡條件可表示為：A 當向下的荷載， 即，有B當 時有 研究表明：當墻高寬度 1.5時，取拱高a=L/2偏安全且具有合理的精度。對O取矩，由平衡條件Mo=0有：偏安全地略去f/3項

5、，從而有3.3.4托梁的彎矩與剪力支座彎矩跨中彎矩梁端剪力=4T/(L-2b)當墻板開小洞時可以 代替上述公式中的C進行分析，S為開孔寬度；墻板開較大且規(guī)則的洞口時可按壁式框架計算當墻板無洞（或小洞）時按上述方法進行分析墻板開較大且規(guī)則的洞口時可按廣義連續(xù)方法分析（后述）； 無論有無洞口、規(guī)則與否均可按有限元方法分析。單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內力系數(1)框架梁高比hb/L0.10框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應力y-4.7-4.1-3.6框架梁最大拉力T0.180.160.15框架梁跨中彎矩Mbc0.0060.0050.004框架梁支座彎矩Mbs-0.00

6、1-0.001-0.001框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內力系數(2)框架梁高比hb/L0.13框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應力y-4.1-3.7-3.3框架梁最大拉力T0.200.180.16框架梁跨中彎矩Mbc0.0110.0090.006框架梁支座彎矩Mbs-0.002-0.002-0.002框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5

7、單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內力系數(3)框架梁高比hb/L0.16框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應力y-3.6-3.1-2.9框架梁最大拉力T0.210.190.17框架梁跨中彎矩Mbc0.0150.0130.011框架梁支座彎矩Mbs-0.003-0.003-0.003框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內力系數系數用法：應力=表中系數q/t 軸力T、N=表中系數qL 彎矩M=表中系數qL2適用條件：支承框架厚度等于墻厚二倍 3.

8、3.5雙跨框支墻在豎向荷載下的應力分布特點1 墻板中豎向應力的分布L0以上的墻板豎向應力基本上是均布的；邊柱頂的壓應力往往大于中柱頂的壓力；常用尺寸下(hb/L=0.10.16,b/L=0.060.1),邊柱頂處墻板的最大壓應力y1約在3.85.9q/t范圍內變動；中柱頂處墻板的最大壓應力y2約在2.23.4q/t范圍內變動；比值y1 / y2約在1.42.1范圍內變動。2 墻板中水平應力的分布L0以上的墻板水平應力基本上為零；拉應力區(qū)近似三角形，中柱與墻板的交點達到最大值，約為0.71.0 q/t范圍內變動；拉應力區(qū)三角形高度約為0.4L；三角形半底長在0.50.7L范圍內。剪應力只分布在L

9、0以內的墻板中；墻梁的交界面處，墻板的剪應力值最大，約為1.11.5 q/t；梁的下邊緣與柱交界面處，剪應力可達1.52.0 q/t 。3 墻板中剪應力的分布軸拉力最大值為（0.150.2）qL，位于距外側(0.350.45)L處；在柱支承截面上，軸拉力接近于零；框支梁最大正彎矩截面位于距外側(0.150.25)L 處；最大負彎矩位于中間支座截面上。4 框支梁上的彎矩和軸拉力分布3.4 框支剪力墻在水平荷載作用下的工作特點和分析計算 在水平荷載作用下框支剪力墻的主要工作特點在距墻梁分界線 L0以上的墻體，其豎向應力的分布基本上不受底層框架的影響， 可按豎向懸臂構件計算（材料力學方法）， 沿水平

10、向線形分布；在高度L0以內的墻體 逐漸向框架柱上方集中，并與托梁共同形成截面高度為(L0+hb)的“凸”字形框架梁，與底層柱共同工作；任意第i根柱的剪力與彎矩： 柱剪 力Ii為第i根柱的慣性矩 柱端彎矩 假設反彎點在柱中點h1為底層柱高任意第i根柱軸力 m為框支剪力墻底部彎矩，Mj為第j根柱柱腳彎矩與邊柱連結的框架梁端彎矩Mb近似地取為其柱端彎矩，即Mbi=Mi；與中柱連結的框架梁端彎矩等于Mi/2，即Mbi=Mi/2;框支墻頂部位移=1+2+3；1為底層框架的水平位移；2為框支柱軸向變形、底層框支橫梁轉角使墻頂產生的水平位移 ；3為剪力墻板作為豎向懸臂構件所產生的頂端位移。 剪力墻板作為豎向

11、懸臂構件所產生的頂端位移3 框支柱軸向變形、底層框架橫梁轉角使墻頂產生的水平位移 2底層框架的水平位移1（在側向均布荷載作用下）3.5底層大空間剪力墻結構體系布置與協(xié)同工作計算方法3.5.1 結構體系布置 (1) 應設置轉換層的情況（因上、下層剛度突變）在結構轉換層布置結構轉換構件（梁、桁架、箱形結構、斜撐等）； 6度及非抗震設計時，轉換構件可采用厚板； 7、8度抗震設計時地下室的轉換構件可采用厚板在地面以上設置轉換層的位置8度抗震時不宜超過3層；7度時不宜超過5層；6度時可適當增加；9度時不應采用；（2） 高層結構中，大空間的層數：（3） 結構布置應遵循的原則 原則a落地墻和筒體底部應加厚，

12、同時： 底部大空間為1或2層時，轉換層的上、下部等效剪切剛度比值 宜接近1，非抗震設計時不應小于0.4，抗震時不應小于0.5， 按下式計算：G1. G2 底層及轉換層上層的混凝土剪變模量；A1. A2 底層及轉換層上層的折算抗剪截面面積；Awi 第i層全部剪力墻在計算方向的有效截面面積（不含翼緣）；Aci 第i層全部柱的截面面積；hi 第i層的層高；hci第i層柱沿計算方向的截面高度。當轉換層設置在第二層以上時，轉換層與相鄰上層的側向剛度比 不應小于0.6。當轉換層設置在第二層以上時，轉換層下部結構與上層結構的等效側向剛度比 尚宜接近1；非抗震設計時不應小于0.5，抗震設計時不應小于0.8。原

13、則b框支層周圍樓板不應錯層布置；原則c落地墻和筒體不宜在端部開洞；框支墻上層不宜在邊柱和中柱上部開洞；原則d落地墻間距（長矩形平面）：在非抗震時要求 且 ；抗震設計時：框支層為1-2層時 且 ， 3層以上時 且原則e落地墻與相鄰框支柱的距離：當框支層為1-2層時不宜大于12m， 3層以上時不宜大于10m。原則f框支框架承擔的地震傾覆力矩應小于結構總地震傾覆力矩的50%。原則g當框支梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻時，應進行應力分析，按應力校核鋼筋，并加強構造措施。B級高度部分框支剪力墻的結構轉換層，不宜采用框支主、次梁方案。（4） 剪力墻底部加強部位高度取為Max（框支層加其上兩層的高度

14、，1/10H）加強部位墻體兩端宜設置翼墻或端柱，抗震時需設置約束邊緣構件。薄弱層的地震剪力1.25的增大系數；（3.5.8）特一級、一級、二級轉換構件水平地震作用計算內力分別1.9、1.6、1.3增大系數；7度（0.15g）、8度以上轉換層構件尚應考慮豎向地震作用（高規(guī)4.3.2）(5) 薄弱層的地震剪力調整(6) 轉換梁（托梁）宜與框支柱截面中線重合； bb不宜大于框支柱相應方向截面寬度，且不宜小于其上墻體厚度的2倍及400mm;當托梁上有柱時不宜小于柱寬； 截面高度hb不宜小于1/8倍計算跨度；托梁上不宜開洞，若必須開洞時，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面應進行

15、承載力計算，因開洞形成的上、下弦桿應加強縱筋和箍筋的配置。 對托柱轉換梁的托柱部位和框支梁上部的墻體開洞部位，梁的箍筋應加密配置，加密區(qū)范圍可去梁上托柱邊或墻邊兩側各1.5倍轉換梁高度。托柱轉換梁應沿腹板高度配置腰筋，其直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。轉換梁縱筋接頭宜采用機械連接，同一連接區(qū)段內接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，接頭位置應避開上部墻體開洞部位、梁上托柱部位及受力加大部位。托柱轉換梁在轉換層宜在托柱位置設置正交方向的框架梁或樓面梁。轉換梁縱筋構造；(7) 轉換柱a地震剪力標準值按如下所述進行調整 若每層框支柱總數不多于10根，1-2層框支時每根柱所受

16、剪力至少取基底剪力V0的2%，3層及以上時至少取3%；若每層框支柱總數多于10根，1-2層框支時每層柱所受剪力之和至少取基底剪力V0的20%，3層及以上時至少取30%；注：框支柱剪力調整后應相應調整框支柱的彎矩及柱端框架梁的剪力和彎矩，但框支梁的剪力和彎矩，框支柱的軸力可不調整。 b.與轉換構件相連的一、二級柱上端與底層柱下端截面的彎矩組合值應分別乘以1.5、1.3的放大系數；C.在考慮b項的基礎上，框支角柱的M、V設計值1.1； d.一、二級框支柱有地震作用產生的軸力分別乘1.5、1.2，但軸壓比計算時不宜考慮該增大系數，一、二級軸壓比限值分別為0.6、0.7； e. 截面尺寸要求 非抗震時

17、bc400mm， 抗震時bc450mm非抗震時hc1/15框支梁跨， 抗震時hc1/12框支梁跨； f. 配筋要求 柱內全部縱筋最小配筋率：非抗震時0.7%， 一級抗震時1.1%，二級抗震0.9%抗震設計時，箍筋應采用復合螺旋箍或井字復 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直徑10mm， 間距不應大于10mm和6倍縱筋直徑的較小值 抗震設計時，箍筋應采用復合螺旋箍或井字復 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直徑10mm， 間距不應大于10mm和6倍縱筋直徑的較小值 抗震設計時，箍筋配箍特征值應比普通框架柱 要求的數值增加0.02采用，且箍筋體積配箍率 不應小于1.5%。 (8) 落地墻：特一級、一級、二級、三級底部加強部位的彎矩設計值，應按墻底截面考慮地震作用組合的彎矩值1.8、1.5、1.3、1.1采用，剪力設計值應分別1.9（其他部位為1.4）、1.6、1.4、1.2。落地剪力墻墻肢不宜出現(xiàn)偏心受拉(9) 樓板：