框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)西安建筑科技大學(xué)

第7章框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材作者：史慶軒等課件制作：黃煒高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

標(biāo)題主要內(nèi)容：

主要內(nèi)容7.1結(jié)構(gòu)布置（了解）7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖7.3框架-剪力墻鉸結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析7.4框架-剪力墻剛結(jié)體系結(jié)構(gòu)分析7.5框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算步驟及計(jì)算實(shí)例（了解）重點(diǎn)、難點(diǎn)：7.1結(jié)構(gòu)布置7.1結(jié)構(gòu)布置

1）總體平面布置、豎向布置及變形縫設(shè)置等，見(jiàn)第2.2節(jié)所述；

2）具體布置除應(yīng)符合下述的規(guī)定外，其框架和剪力墻的布置尚應(yīng)分別符合框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定。7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.1基本要求1、雙向抗側(cè)力體系

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻協(xié)同工作共同抵抗水平荷載，其中剪力墻是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件。

2）為了使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向均具有必需的水平承載力和側(cè)向剛度，應(yīng)在兩個(gè)主軸方向均勻布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。

3）如果僅在一個(gè)主軸方向布置剪力墻，將造成兩個(gè)主軸方向結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度相差懸殊，可能使結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。2、節(jié)點(diǎn)剛性連接與構(gòu)件對(duì)中布置

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了保證結(jié)構(gòu)的整體剛度和幾何不變性，同時(shí)為提高結(jié)構(gòu)在大震作用下的穩(wěn)定性而增加其贅余約束，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接（節(jié)點(diǎn)）應(yīng)采用剛接。

2）梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內(nèi)力傳遞和分布合理，且保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的完整性。

7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置（了解）1、剪力墻的數(shù)量

1）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和EcIw控制，結(jié)構(gòu)的水平位移隨EcIw增大而減小。3）一般以滿足結(jié)構(gòu)的水平位移限值作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)較為合適。2）剪力墻數(shù)量也不宜過(guò)多，否則地震作用相應(yīng)增加，還會(huì)使絕大部分水平地震力被剪力墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揮，既不合理也不經(jīng)濟(jì)。7.1結(jié)構(gòu)布置2、剪力墻的布置（參考課本）

(1)剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化或恒載較大的部位，剪力墻的間距不宜過(guò)大；平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。(2)縱、橫向剪力墻宜組成L形、T形和匚形等形式，以使縱墻（橫墻）可以作為橫墻（縱墻）的翼緣；樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置，以增強(qiáng)其空間剛度和整體性。(3)剪力墻布置不宜過(guò)分集中，單片剪力墻底部承擔(dān)的水平剪力不宜超過(guò)結(jié)構(gòu)底部總剪力的40%，以免結(jié)構(gòu)的剛度中心與房屋的質(zhì)量中心偏離過(guò)大、墻截面配筋過(guò)多以及不合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。當(dāng)剪力墻墻肢截面高度過(guò)大時(shí)，可用門(mén)窗洞口或施工洞形成聯(lián)肢墻。7.1結(jié)構(gòu)布置

（5）保證框架與剪力墻協(xié)同工作，其剪力墻的布置宜符合下列要求：1)橫向剪力墻沿房屋長(zhǎng)方向的間距宜滿足表7.1.1的要求，當(dāng)這些剪力墻之間的樓蓋有較大開(kāi)洞時(shí)，剪力墻的間距應(yīng)適當(dāng)減??；2)縱向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端。

（4）剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變；剪力墻開(kāi)洞時(shí)，洞口宜上、下對(duì)齊?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。7.1結(jié)構(gòu)布置7.1.4梁、柱截面尺寸及剪力墻數(shù)量的初步擬定1、梁、柱截面尺寸框架梁截面尺寸一般根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定，框架柱截面尺寸可根據(jù)軸壓比要求確定，詳見(jiàn)框架結(jié)構(gòu)部分。2、剪力墻數(shù)量在初步設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)房屋底層全部剪力墻截面面積Aw和全部柱截面面積Ac之和與樓面面積Af的比值，或者采用全部剪力墻截面面積Aw與樓面面積Af的比值，來(lái)粗估剪力墻的數(shù)量。7.1.3板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置（略）7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

7.2.1框架與剪力墻的協(xié)同工作1、定義：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。在水平荷載作用下，平面內(nèi)剛度很大的樓蓋將二者連接在一起組成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，二者之間存在協(xié)同工作問(wèn)題。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

2、特點(diǎn)：

1）在水平荷載作用下，單獨(dú)剪力墻的變形曲線以彎曲變形為主；單獨(dú)框架的變形曲線以整體剪切變形為主。

2）在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，其變形曲線介于彎曲型與整體剪切型之間。在結(jié)構(gòu)下部，剪力墻的位移比框架小，墻將框架向左拉，框架將墻向右拉；在結(jié)構(gòu)上部，剪力墻的位移比框架大，框架將墻向左推，墻將框架向右推。

3）二者之間存在協(xié)同工作使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移大大減小，內(nèi)力分布更趨合理。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

7.2.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖1、基本假定：

1）樓板在自身平面內(nèi)的剛度為無(wú)限大。這保證了樓板將整個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的所有框架和剪力墻連為整體，不產(chǎn)生相對(duì)變形。

2）房屋的剛度中心與作用在結(jié)構(gòu)上的水平荷載（風(fēng)荷載或水平地震作用）的合力作用點(diǎn)重合，在水平荷載作用下房屋不產(chǎn)生繞豎軸的扭轉(zhuǎn)。注：

1）在這兩個(gè)基本假定的前提下，同一樓層標(biāo)高處，各榀框架和剪力墻的水平位移相等。

2）可將結(jié)構(gòu)單元內(nèi)所有剪力墻綜合在一起，形成一榀假想的總剪力墻，總剪力墻的彎曲剛度等于各榀剪力墻彎曲剛度之和；把結(jié)構(gòu)單元內(nèi)所有框架綜合起來(lái)，形成一榀假想的總框架，總框架的剪切剛度等于各榀框架剪切剛度之和。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

2、計(jì)算模型1）分類(lèi)：按照剪力墻之間和剪力墻與框架之間有無(wú)連梁，或者是否考慮這些連梁對(duì)剪力墻轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)束作用，將框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分為：框架-剪力墻鉸結(jié)體系、框架-剪力墻剛結(jié)體系。2）特點(diǎn)：（1）框架-剪力墻鉸結(jié)體系對(duì)于圖7.2.3(a)所示結(jié)構(gòu)單元平面，如沿房屋橫向的3榀剪力墻均為雙肢墻，因連梁的轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用已考慮在雙肢墻的剛度內(nèi)，則總框架與總剪力墻之間可按鉸結(jié)考慮。連桿是剛性的（即EA→∞），反映了剛性樓板的假定，保證總框架與總剪力墻在同一樓層標(biāo)高處的水平位移相等。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

（2）框架-剪力墻剛結(jié)體系框架-剪力墻剛結(jié)體系。對(duì)于圖7.2.4(a)所示結(jié)構(gòu)單元平面，沿房屋橫向有3片剪力墻，剪力墻與框架之間有連梁連結(jié)，當(dāng)考慮連梁的轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用時(shí)，連梁兩端可按剛結(jié)考慮，其橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7.2.4(b)所示?？傔B梁代表②⑤⑧軸線3列連梁的綜合。注：1）對(duì)于圖7.2.3(a)和圖7.2.4(a)所示的結(jié)構(gòu)布置情況，當(dāng)考慮連梁的轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用時(shí)，其縱向計(jì)算簡(jiǎn)圖均可按剛結(jié)體系考慮。2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的下端為固定端，一般取至基礎(chǔ)頂面；當(dāng)設(shè)置地下室，且地下室的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍時(shí)，可將地下室的頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

剛結(jié)體系——當(dāng)連梁的剛度較大時(shí)鉸結(jié)體系——當(dāng)連梁的剛度較小；或連梁的轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用已考慮在雙肢墻的剛度內(nèi)時(shí)綜合框架綜合剪力墻鉸接連桿綜合框架綜合剪力墻剛性連桿7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

1、總框架的剪切剛度1）定義：框架柱的側(cè)向剛度、總框架的剪切剛度

框架柱的側(cè)向剛度D

：使框架柱兩端產(chǎn)生單位相對(duì)側(cè)移所需施加的水平剪力（圖7.2.5(a)）；

總框架的剪切剛度Cf：使總框架在樓層間產(chǎn)生單位剪切變形（φ=1）所需施加的水平剪力（圖7.2.5(b)）。2）總框架的剪切剛度7.2.3基本計(jì)算參數(shù)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需確定總剪力墻的彎曲剛度、總框架的剪切剛度和總連梁的等效剪切剛度。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

3）考慮柱軸向變形時(shí)框架的剪切剛度7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

2、連梁的約束剛度框架-剪力墻剛結(jié)體系的連梁進(jìn)入墻的部分剛度很大，因此連梁應(yīng)作為帶剛域的梁進(jìn)行分析。剪力墻間的連梁是兩端帶剛域的梁[圖7.2.6(a)]，剪力墻與框架間的連梁是一端帶剛域的梁[圖7.2.6(b)]。7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

1）兩端帶剛域的連梁

2）一端帶剛域的連梁

7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

3）連梁的線約束剛度注：A、當(dāng)?shù)趇層的同一層內(nèi)有s根剛結(jié)連梁時(shí)，總連梁的線約束剛度為

B、當(dāng)各層總連梁的Cbi不同時(shí)，可近似地以各層的Cbi按高度取加權(quán)平均值

7.2基本假定與計(jì)算簡(jiǎn)圖

3、剪力墻的彎曲剛度總剪力墻的等效剛度為結(jié)構(gòu)單元內(nèi)同一方向(橫向或縱向)所有剪力墻等效剛度之和，即7.3框架-剪力墻踏鉸結(jié)體格系結(jié)構(gòu)北分析7.3框架-剪力墻旨鉸結(jié)體粒系結(jié)構(gòu)喊分析問(wèn)題：連續(xù)柵片法的基本思路？連續(xù)菠柵片廟法是僵沿結(jié)符構(gòu)的艷豎向償采用序連續(xù)在化假澇定，想即把亮連桿愈作為偷連續(xù)染柵片身。這困個(gè)假寧定使經(jīng)總剪力墻與歉總框架自不僅在蘆每一樓炮層標(biāo)高踐處具有觀相同的嶄側(cè)移，蛋而且沿政整個(gè)高唐度都有賄相同的奪側(cè)移，以從而使計(jì)肉算簡(jiǎn)化挎到能用渾四階微寶分方程跡來(lái)求解予。連續(xù)柵蒙片法●微分方程的求解

求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程●計(jì)算模型的簡(jiǎn)化

基本假定●求解超靜定結(jié)構(gòu)

一個(gè)未知力的超靜定結(jié)構(gòu)●微分方程的建立●求解內(nèi)力

微分關(guān)系求解內(nèi)力7.3框架-剪力墻福鉸結(jié)體北系結(jié)構(gòu)庭分析將集授中荷營(yíng)載在竄層高斤內(nèi)連殲續(xù)化爽：7.雪3框架-剪力仰墻鉸境結(jié)體票系結(jié)愛(ài)構(gòu)分講析7.3棋.1基本方解程及其騎一般解1、基獲本方首程：7.3框架-剪力墻倦鉸結(jié)體愚系結(jié)構(gòu)擁分析見(jiàn)7.2.47.3框架-剪力墻腦鉸結(jié)體干系結(jié)構(gòu)丟分析注：是一個(gè)與框架和剪力墻的剛度比有關(guān)的參數(shù)，對(duì)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的受力和變形特征有重大影響。7.獨(dú)3框架-剪力雜墻鉸壞結(jié)體上系結(jié)側(cè)構(gòu)分鵲析2、求解7.辰3框架-剪力墻糊鉸結(jié)體繳系結(jié)構(gòu)怖分析7.3網(wǎng).2水平逢均布戲荷載右作用宮下內(nèi)隙力及艇側(cè)移職計(jì)算1、通解兩：2、約仔束條割件：7.巧3框架-剪力挖墻鉸壓結(jié)體耳系結(jié)柜構(gòu)分朵析3、表窩達(dá)式供：7.3框架-剪力爹墻鉸兇結(jié)體移系結(jié)草構(gòu)分剪析7.您3.衛(wèi)3倒三院角形昌分布縣水平層荷載動(dòng)作用轉(zhuǎn)下內(nèi)估力及怖側(cè)移徑計(jì)算頭（推僵導(dǎo)如月前，牧略）7.3極.4頂點(diǎn)集苗中水平緞荷載作魚(yú)用下內(nèi)僅力及側(cè)膝移計(jì)算榨（推導(dǎo)響如前，獎(jiǎng)略）7.4框架-剪力渾墻剛略結(jié)體旱系結(jié)阻構(gòu)分騙析7.邊4框架-剪力暑墻剛額結(jié)體雪系結(jié)校構(gòu)分鹿析問(wèn)題：框架-剪力墻剛結(jié)體系與鉸接體系有何異同？鉸接連桿剛性連桿總框架總剪力墻總框架總剪力墻相同之族處——總剪飽力墻撈與總披框架依通過(guò)泉連桿通傳遞雀之間喪的相蔥互作油用力故。不同劈燕之處——?jiǎng)偨芋w果系中連壘桿對(duì)總股剪力墻熊的彎曲流有一定嚴(yán)的約束渡作用。7.4框架-剪力墻闖剛結(jié)體改系結(jié)構(gòu)濱分析●微分方程的求解

求解四階常系數(shù)非齊次線性微分方程●計(jì)算模型的簡(jiǎn)化

基本假定●求解超靜定結(jié)構(gòu)

二個(gè)未知力的超靜定結(jié)構(gòu)●求解內(nèi)力

微分關(guān)系求解內(nèi)力問(wèn)題：框架-剪力墻剛結(jié)體系求解的基本思路？●微分方程的建立7.4框架-剪力墻城剛結(jié)體低系結(jié)構(gòu)起分析7.4悄.1基本微寫(xiě)分關(guān)系1）把框透架-剪力柴墻結(jié)虛構(gòu)沿極連梁盡的反彎點(diǎn)樣切開(kāi)；（注齡意反彎點(diǎn)寇位置）2）連梁味的軸力廢體現(xiàn)了亮總框架錫與總剪偽力墻之嫁間相互賊作用的銹水平力qf(z渣)；3）把昌總連掘梁沿野高度躁連續(xù)變化后舒，連圖梁剪接力就靜化為乓沿高狀度連極續(xù)分茫布的喊剪力v(角z)；總框架總剪力墻基本假頸定7.續(xù)4框架-剪力墻玩剛結(jié)體默系結(jié)構(gòu)刮分析4）將分牌布剪力塊向剪力挨墻軸線封簡(jiǎn)化，倘則剪力凱墻將產(chǎn)便生分布軸力v(納z)和線約休束彎矩m(釣z叉)。對(duì)總剪禁力墻截瞞面形心挪取矩總剪力墻7.4框架-剪力墻柄剛結(jié)體河系結(jié)構(gòu)閉分析1、平槍衡條鐘件求7.4框架-剪力寄墻剛孟結(jié)體氧系結(jié)宮構(gòu)分壇析2、總剪葵力墻內(nèi)董力與位駝移的微濁分關(guān)系7.觸4框架-剪力墻底剛結(jié)體周系結(jié)構(gòu)顯分析7.4框架-剪力脆墻剛昂結(jié)體文系結(jié)可構(gòu)分那析3、總連釘梁內(nèi)力面與位移忌的微分乓關(guān)系7.島4框架-剪力墻麗剛結(jié)體亂系結(jié)構(gòu)份分析4、總框遇架內(nèi)力遼與位移騎的微分鈔關(guān)系總框推架剪惑力Vf與樓層逼間的剪偉切角φ的關(guān)系知如式（清）所示惹。7.4框架-剪力賓墻剛良結(jié)體撈系結(jié)鴿構(gòu)分廊析7.間4.媽2基本方艱程及其脖解1、基本態(tài)方程注：1）式傍（）鵝即為犁框架-剪力傾墻剛么結(jié)體坡系的擾微分麥方程圾，與茄式（梁）形中式上收完全恥相同駝。2）與鉸膠結(jié)體系輔的剛度巴特征值件（式）癥相比，上式僅梅在根號(hào)狹內(nèi)分子吸項(xiàng)多了篇一項(xiàng)Cb，當(dāng)Cb＝0時(shí)，上雄式就轉(zhuǎn)鼓化為式傾（），Cb反映蒸了連旬梁對(duì)夾剪力麻墻的筋約束賓作用泛。將帶入7.4.1中，得：7.4框架-剪力鑰墻剛雹結(jié)體岡系結(jié)憐構(gòu)分棗析7.4量.2基本測(cè)方程隸及其織解2、求發(fā)解7.4框架-剪力劫墻剛講結(jié)體粘系結(jié)產(chǎn)構(gòu)分宏析3、剛挺結(jié)與醬鉸結(jié)稈體系亂比較注：二奸者的不遺同之處攻主要體督現(xiàn)在連折梁對(duì)剪諸力墻的肝約束作訓(xùn)用。7.轎4.滑3總框坡架剪咱力Vf和總連胖梁線約惑束彎矩m的另一綁種算法監(jiān)（略）7.4框架-剪力母墻剛順結(jié)體泊系結(jié)犯構(gòu)分疏析7.錄4.檢4框架-剪力強(qiáng)墻結(jié)吵構(gòu)的瘋受力敬和側(cè)廣移特駁征1、結(jié)逗構(gòu)側(cè)挑向位蚊移特景征7.廣4框架-剪力墻悶剛結(jié)體昆系結(jié)構(gòu)左分析2、荷載野與剪力移的分布借特征注：框架椅承受聞的荷施載在繞上部勾為正授，下河部為好負(fù)。這是鴉因?yàn)槟眉袅韷椭鹂蚣茗潌为?dú)慌承受上水平羞荷載百時(shí)，丈二者順的變制形曲液線不鑼同。當(dāng)二桌者協(xié)某同工秤作時(shí)貸，變擱形形翠式必縫須一介致，做因此理二者夏間必饒然產(chǎn)杏生上敢述荷拖載形始式。7.4框架-剪力單墻剛款結(jié)體樓系結(jié)喂構(gòu)分山析注：基底處席框架不通承擔(dān)剪繁力，全嶄部剪力詳由剪力冊(cè)墻承擔(dān)仍。7.4框架-剪力墻軟剛結(jié)體供系結(jié)構(gòu)祖分析注：1）隨λ值增鋒大，善框架闊最大渣剪力績(jī)位置ξ0向結(jié)拿構(gòu)底科部移帝動(dòng)。λ通常靜在1.林0~3.0范圍錯(cuò)內(nèi)變穴化，調(diào)因此筆框架墊最大掠剪力桿的位也置大互致處絡(luò)于結(jié)培構(gòu)中矮部附道近，滅而不任在結(jié)漸構(gòu)底脅部，肆這與香純框雜架結(jié)幟構(gòu)不航同。2）與致純框罷架結(jié)跪構(gòu)相向比，咬框架-剪力駱墻結(jié)撞構(gòu)中Vf沿高度慎分布相保對(duì)比較當(dāng)均勻，籍這對(duì)框閘架底部獅受力比裁較有利啊。7.4框架-