框架剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作計算

5.4框架－剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)的近似計算方法

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置(第二章)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力與變形特點框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的簡化計算方法框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求后兩部分內(nèi)容分別用框架和剪力墻的設(shè)計方法。僅個別地方略有不同。第一頁，共34頁。第一頁，共34頁?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)協(xié)同工作原理上部框架幫剪力墻下部剪力墻幫框架沿高度變形分布趨向于均勻剪力墻框架-剪力墻框架第二頁，共34頁。第二頁，共34頁?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算協(xié)同工作原理：框架和剪力墻之間相互作用,使得上下部分的位移分布均衡。計算目的：確定框架和剪力墻各承擔(dān)多少內(nèi)力。條件：平面假設(shè)和無限剛度假設(shè)前提下，只考慮側(cè)移時剪力的分配。方法：按總框架和總剪力墻形成計算簡圖，用連續(xù)連桿法得到微分方程求解。重點內(nèi)容：計算簡圖；剛度特征值λ(相當(dāng)于整體系數(shù))第三頁，共34頁。第三頁，共34頁?？蚣艚Y(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算是在結(jié)構(gòu)動力計算之后，框架和剪力墻計算之前進行的。計算目的：所有的框架和所有的剪力墻各承擔(dān)多少地震力框-剪結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計算H1G1GkHk第四頁，共34頁。第四頁，共34頁?？颍艚Y(jié)構(gòu)中三種類型的梁連梁和聯(lián)系梁構(gòu)成總聯(lián)系梁－連接方法取決于樓板B梁首先進入塑性，應(yīng)設(shè)計成強剪弱彎。連梁連接剪力墻聯(lián)系梁聯(lián)接框架和剪力墻普通框架梁第五頁，共34頁。第五頁，共34頁?？蚣芗袅f(xié)同工作位移相同能者多勞內(nèi)力不直接按剛度分配剪力墻內(nèi)力減少框架內(nèi)力增加第六頁，共34頁。第六頁，共34頁。5.4.1簡化假定及計算簡圖基本假設(shè)：1、樓板在自身平面內(nèi)的剛度無窮大。2、房屋體型規(guī)整，不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。在以上假定之下，框架和剪力墻在同一個樓層標(biāo)高處的水平位移相同。因此：把所有剪力墻綜合在一起形成總剪力墻；把所有的框架也綜合在一起形成總框架。樓板和各片剪力墻間所有連梁和框架與剪力墻間的所有聯(lián)系梁構(gòu)成總聯(lián)系梁第七頁，共34頁。第七頁，共34頁?？?剪結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及其分配計算結(jié)果及其分配：總框架的層間剪力－再按剛度分給每根柱總剪力墻的層間剪力和彎矩－分給每片墻總聯(lián)系梁的梁端彎矩和剪力－分給每根梁第八頁，共34頁。第八頁，共34頁。兩類計算體系－絞結(jié)和剛結(jié)體系根據(jù)框架和剪力墻之間的聯(lián)系情況進行劃分：樓板連接：樓板平面外剛度為零，聯(lián)系為絞結(jié)樓板＋聯(lián)系梁連接：聯(lián)系梁(如果剛度較大)對剪力墻產(chǎn)生約束彎矩，因而為剛結(jié)連接。代表5榀框架代表4片剪力墻第九頁，共34頁。第九頁，共34頁。在剪力墻平面內(nèi)，沒有聯(lián)系梁與剪力墻相連?？蚣芎图袅χg只是通過樓板相連。

絞結(jié)體系計算圖的選擇代表5榀框架代表2片剪力墻此平面外的梁不能抵抗橫向水平力剪力墻＋邊緣構(gòu)件，不看成框架柱代表剛性樓蓋，沒有軸向變形框架和剪力墻間僅樓板連接第十頁，共34頁。第十頁，共34頁。剛結(jié)體系計算圖的選擇在剪力墻平面內(nèi)，有聯(lián)系梁把框架與剪力墻相連。代表5榀框架連梁兩端連剪力墻代表樓板和聯(lián)系梁計算簡圖中不考慮這4個剪力墻第十一頁，共34頁。第十一頁，共34頁。剛結(jié)體系計算圖的選擇計算縱向水平荷載時，圖中的框架梁同時是聯(lián)系框架和剪力墻之間的聯(lián)系梁。并且框架和剪力墻聯(lián)系比較密切。所以考慮成剛結(jié)體系。4片剪力墻4榀縱向框架第十二頁，共34頁。第十二頁，共34頁。兩片剪力墻由連梁連接的兩種簡化方法簡化為雙肢剪力墻鉸接或單墻剛接連梁很弱α<1連梁較強第十三頁，共34頁。第十三頁，共34頁。計算簡圖選擇的基本方法小結(jié)1、地震作用在哪方向方向就取哪個斷面2、體系分成總框架、總剪力墻、連桿三類構(gòu)件。3、絞結(jié)體系－絞結(jié)連桿，剛結(jié)體系－剛性連桿。4、總剪力墻放在左面或右面沒有關(guān)系。5、按層數(shù)和框架的跨度繪制簡圖。6、簡化以后，僅僅考慮各總剪力墻、總框架的剛度，不再考慮它們的截面尺寸。(不是說它們不應(yīng)該有，而是在計算中我們不需要。另外各片剪力墻的厚度也未必相同)第十四頁，共34頁。第十四頁，共34頁。5.4.2協(xié)同工作的基本原理和剛度特征值總剪力墻和總框架的抗推剛度計算：各片剪力墻的等效抗彎剛度比較:柱的抗推剛度剛度特征值第十五頁，共34頁。第十五頁，共34頁。協(xié)同工作計算墻變成了懸臂梁，它滿足梁方程普通框架假設(shè)兩者之間的作用力是連續(xù)而不均勻的取側(cè)移y為基本未知量鉸接體系采用與多肢墻計算類似的連續(xù)化方法。兩端鉸接的連桿不變形只有軸力第十六頁，共34頁。第十六頁，共34頁。鉸接體系的微分方程及其通解根據(jù)以上圖可以建立y的微分方程：利用邊界條件可以確定4個待定常數(shù)根據(jù)不同的荷載形式可以得到對應(yīng)的特解剛接體系采用類似的方法求解微分方程不同第十七頁，共34頁。第十七頁，共34頁。均布荷載作用下的最終解至此已得到內(nèi)力設(shè)計值。用計算機可以方便地獲得結(jié)果，不一定要用后面的圖解法。與多肢墻類似，方程中只有兩個主要參數(shù)一個是坐標(biāo)，另一個是剛度特征值（多肢墻中是整體系數(shù)）?？偪蚣芎涂偧袅餐膫?cè)移總剪力墻的彎矩和剪力第十八頁，共34頁。第十八頁，共34頁?？蚣芎图袅Φ膬?nèi)力-補充材料1、剪力墻的彎矩和剪力按剪力墻的等效剛度在剪力墻之間進行分配剪力墻剪力2、框架內(nèi)力總框架剪力等于外荷載產(chǎn)生的剪力減去總剪力墻剪力柱中剪力按抗推剛度分配：用柱的剪力，再用改進反彎點法，可求得梁、柱內(nèi)力剪力墻剪力：剪力墻彎矩：第十九頁，共34頁。第十九頁，共34頁?？?剪結(jié)構(gòu)中框架的抗震等級抗震規(guī)范6.1.3：……若框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%，框架部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定。第二十頁，共34頁。第二十頁，共34頁。5.4.3框剪結(jié)構(gòu)位移與內(nèi)力的分布規(guī)律

剛度特征值是總框架和總剪力墻剛度相對大小的度量。大小對框－剪內(nèi)力分配、側(cè)移的影響為：較小時：框架剛度相對較小、綜合剪力墻承擔(dān)大部分剪力，變形為彎曲型。=0為純剪力墻較大時：框架剛度相對較大、綜合框架承擔(dān)大部分荷載，變形為剪切型。

=為純框架=1~6時：兩者的比例相當(dāng)，變形曲線為彎剪型。第二十一頁，共34頁。第二十一頁，共34頁?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布Vp(外荷載)Vw(墻中剪力)Vf(框架中剪力)不同的特征值：=0(純剪力墻)；=(純框架)；=1-6第二十二頁，共34頁。第二十二頁，共34頁。剪力的分布特征框剪結(jié)構(gòu)中:①剪力墻的最大剪力在底部。②框架的最大剪力在結(jié)構(gòu)中部。且最大值的位置隨λ值的增大而向下移動。③框架和剪力墻頂部剪力不為零。因為變形協(xié)調(diào)，框架和剪力墻頂部存在著集中力的作用(兩者相互作用的力)。這也要求在設(shè)計時，要保證頂部樓蓋的整體性。④框架的底部剪力為零。此處全部剪力由剪力墻承擔(dān)。第二十三頁，共34頁。第二十三頁，共34頁。剪力墻位移與λ的關(guān)系頂點位移頂部第二十四頁，共34頁。第二十四頁，共34頁。剪力墻中彎矩與λ的關(guān)系底部截面總彎矩頂部=0(純剪力墻)第二十五頁，共34頁。第二十五頁，共34頁。底部頂部剪力墻中剪力與λ的關(guān)系底部截面總剪力第二十六頁，共34頁。第二十六頁，共34頁。絞結(jié)體系：剛結(jié)體系：關(guān)于剛度特征值的補充閱讀材料如果剛度沿高度變化，且變化不大時，采用加權(quán)平均利用下式算得的CF和EIw計算。總剪力墻抗推剛度與總框架抗彎剛度的比第二十七頁，共34頁。第二十七頁，共34頁?？雇苿偠鹊挠嬎阕⒁猓焊鲗觿偠炔煌瑫r按下式取平均值第j層的高度第j層剪力墻的等效剛度第二十八頁，共34頁。第二十八頁，共34頁?！陡咭?guī)》中規(guī)定的調(diào)幅1、框架梁(連續(xù)梁)在豎向荷載下的內(nèi)力調(diào)幅（方法(1)4.6.5節(jié)）。2、框-剪結(jié)構(gòu)中框架的內(nèi)力調(diào)整（方法(1)5.4.4節(jié)）。3、框-剪結(jié)構(gòu)中框架與剪力墻之間的聯(lián)系梁的調(diào)整（方法(2)5.4.4節(jié)）4、聯(lián)肢剪力墻中連梁的調(diào)整（用方法(1)或方法(2)7.3.1節(jié)）。兩類調(diào)幅(調(diào)整)的方法(1)計算結(jié)果乘以系數(shù):內(nèi)力乘以系數(shù)(大于1或小于1)

(2)計算中降低桿件剛度：構(gòu)件剛度越小則內(nèi)力愈小。第二十九頁，共34頁。第二十九頁，共34頁。5.4.4框-剪結(jié)構(gòu)內(nèi)力的調(diào)幅1.聯(lián)系梁(兩類梁)彎矩的調(diào)幅出現(xiàn)塑性鉸后，聯(lián)系梁的剛度降低。設(shè)計前降低其剛度(最低可為0.5EI)調(diào)幅后，連梁設(shè)計荷載效應(yīng)將減小，因而更容易出現(xiàn)塑性鉸。2.框架內(nèi)力的調(diào)整理由：地震中，剪力墻剛度降低后，框架受力增加方法：限制框架承受剪力不低于底層總剪力的20％，或者不低于某層最大剪力的1.5倍(公式5-41)第三十頁，共34頁。第三十頁，共34頁。PKPM中的0.2Q0調(diào)整抗規(guī)6.2.13規(guī)定：“側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，任一層框架部分的地震剪力，不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者最小值?！弊⒁猓?.2Q0調(diào)整的放大系數(shù)只針對框架柱的彎矩和剪力，不調(diào)整軸力。SATWE數(shù)據(jù)文件：SATINPUT.O2Q中按照樣本格式給出各樓層調(diào)整系數(shù)第三十一頁，共34頁。第三十一頁，共34頁?？紤]扭轉(zhuǎn)后剪力的分配等于平移(按剛度)分配的結(jié)果乘以扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)。扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)可能大于1，也可能小于1?？紤]扭轉(zhuǎn)以后，各片結(jié)構(gòu)(墻)的剪力可能增加也可能減小。第三十二頁，共34頁。第三十二頁，共34頁。關(guān)于扭轉(zhuǎn)問題的討論(P.140)在水平方向上：距離扭轉(zhuǎn)中心越遠的單元，扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)越大(扭轉(zhuǎn)影響也越大)在垂直方向上：各層的剛度中心不一定在同一個垂直線上，所以各層的扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)可能不同。分母中含有到