簡介:1,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第4章框架─剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計,2,在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件。設(shè)計時應在兩個主軸方向都布置剪力墻,形成雙向抗側(cè)力體系。否則,將會造成兩個主軸方向的抗側(cè)剛度相差懸殊,無剪力墻的一個方向剛度不足且?guī)в屑兛蚣艿男再|(zhì),與有剪力墻的另一向不協(xié)調(diào),也容易造成結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)。,在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中,梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合,框架梁、柱中心線之間有偏離時,應符合第5章的有關(guān)規(guī)定??蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中框架的布置要求同第5章框架結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定。框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置原則均勻、對稱、分散、周邊及在薄弱環(huán)節(jié)處設(shè)置剪力墻。,71框架剪力墻結(jié)構(gòu)布置,3,(1)剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位,剪力墻間距不宜過大;(2)平面形狀凹凸較大時,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;(3)縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和形等形式(見下圖);,框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置宜符合下列要求,(4)單片剪力墻底部承擔的水平剪力不宜超過結(jié)構(gòu)底部總水平剪力的40%;(5)剪力墻宜貫通建筑物的全高,宜避免剛度突變;剪力墻開洞時,洞口宜上下對齊;(6)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;(7)抗震設(shè)計時,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。,4,剪力墻的最大間距宜滿足下表的要求,72構(gòu)件截面尺寸估算,一、二級的底部加強區(qū)≥1/16層高,且≥200MM其他≥1/20層高且≥160MM,1剪力墻的厚度,主要應滿足剪力墻承載力及平面外穩(wěn)定的要求(剪力墻厚度對變形的影響較?。<袅Φ暮穸仁欠駶M足承載力的要求,只能根據(jù)最終的設(shè)計計算結(jié)果檢驗。為防止剪力墻平面外失穩(wěn),帶邊框剪力墻的最小厚度應滿足,5,框架剪力墻結(jié)構(gòu),當框架部分承受的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩50時,其框架部分的抗震等級應按純框架結(jié)構(gòu)采用,軸壓比限值應按純框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。,2梁、柱截面及混凝土強度等級框架剪力墻結(jié)構(gòu)中框架梁的截面估算方法與框架結(jié)構(gòu)完全相同;框架柱截面的估算方法亦與框架結(jié)構(gòu)相同,僅軸壓比限值不同,軸壓比限值見下表,框架、剪力墻混凝土強度等級等要求,分別同第5章、第6章相應的要求。,軸壓比限值,6,73框架剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移計算,一、豎向荷載作用下的內(nèi)力計算框架的內(nèi)力計算同第5章剪力墻的內(nèi)力計算同第6章,二、水平荷載作用下的內(nèi)力及位移計算協(xié)同工作法1基本假定1)將所有框架合并為總框架,所有剪力墻合并為總剪力墻。總框架、總剪力墻的剛度分別為各單個結(jié)構(gòu)剛度之和,且沿豎向均勻分布(當剛度沿豎向有變化時,取其加權(quán)平均值)。2)在同一樓層上,總框架和總剪力墻的水平位移相同。(條件是合力中心與剛度中心重合,否則,應考慮扭轉(zhuǎn)。)3)將連梁簡化為沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片,反彎點在跨中。,7,2計算簡圖,8,,3內(nèi)力及位移計算,,說明因為彎矩正向定義與材料力學不同,所以公式中的正負號與材料力學中的相反。,根據(jù)M、V、P的微分關(guān)系,對總剪力墻則有,9,式中,剛度特征值反映總框架與總剪力墻的剛度比。將不同的水平荷載(均布、倒三角、頂部集中力)代入上式,并求解微分方程,可得出位移曲線方程如下,為了將PF用變形曲線函數(shù)YX表達,應先給出總框架的剪切剛度CF,即總框架產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角所需之力。,10,均布荷載作用,為了將上式制成圖表以方便使用,需將以上各式化成無量綱形式,,根據(jù)上式制成的圖,即教材中的圖711圖713。,11,12,13,14,倒三角形荷載或頂部集中荷載作用下,公式推導過程同上,此處從略。4計算步驟(1)計算總剪力墻、總框架剛度,(2)由Λ及樓層相對標高Ξ(X/H),并根據(jù)水平荷載形式查位移及內(nèi)力系數(shù),然后分別乘以,即可得到總剪力墻的位移及內(nèi)力。,(3)根據(jù)各片剪力墻的等效剛度,將總剪力墻的內(nèi)力分配給各片剪力墻;總框架的剪力可由下式確定,每根框架柱的剪力為,其余計算同D值法。,15,已知如圖所示框架剪力墻結(jié)構(gòu),承受均布荷載Q150KN/M,剛度特征值Λ25,求底層、5層、8層、10層處總剪力墻的MW及VW和總框架的VF,并給出內(nèi)力MW、VW、VF的分布圖。,16,層號標高,10850,,,,,,,,,,,,,,30,24,15,0,1,08,05,0,0,0056,00125,053,0,3780,844,35775,0232,0055,0203,1,10442489144500,1044114813360,17,18,5框架剪力墻剛結(jié)體系前面給出的計算方法中,總框架與總剪力墻之間沒有連梁,二者之間是用樓板相連的,無約束彎矩,我們稱這種體系為框架剪力墻鉸接體系。下圖所示框架剪力墻中,有連梁直接與剪力墻相連,連梁將對剪力墻產(chǎn)生約束彎矩,我們稱這種情況為框架剪力墻剛結(jié)體系。,結(jié)構(gòu)平面圖,剛結(jié)體系計算簡圖,19,結(jié)構(gòu)平面圖,剛結(jié)體系,鉸接體系,20,21,22,剛結(jié)體系的計算方法與鉸接體系的計算方法基本相同,僅剛度特征值及總框架剪力的計算有變化(具體公式推導從略)。1)剛度特征值,其中,N為同一層內(nèi)連梁與墻肢相交的結(jié)點數(shù)。N個結(jié)點的統(tǒng)計方法是每根兩端剛域連梁有2個結(jié)點,MIJ是指M12及M21;一端剛域的連梁只有一個結(jié)點,MIJ是指M12,式中,2)總框架廣義剪力,總框架的剪力為,總連梁的約束彎矩為,總剪力墻的剪力為,(為按鉸接體系求出的剪力墻剪力),23,每根連梁的約束彎矩,其余計算方法同鉸接體系。,24,6剛度特征值與內(nèi)力、位移的關(guān)系1)Λ與剪力分布的關(guān)系,當Λ很小時,剪力墻承擔大部分剪力,當Λ0時,即為純剪力墻結(jié)構(gòu);當Λ很大時,框架承擔大部分剪力,當Λ∞時,即為純框架結(jié)構(gòu);Λ在1~6之間時,在頂部框架與剪力墻的剪力均不為零(但二者之和為零),在底部,剪力墻承擔全部剪力,框架剪力為零(這是由近似計算造成的,實際框架會受一定剪力)。,(注意純框架結(jié)構(gòu)剪力分布下大上小、頂部為零,控制截面在底部;框架剪力墻中的框架,剪力最大值發(fā)生在中部附近,大約在Ξ03~06之間,隨著Λ增大,向下移動。),25,,當Λ<1時,變形曲線為彎曲型(層間位移上大下小);當Λ≥6時,變形曲線為剪切型(層間位移上小下大);當Λ1~6之間時,變形曲線介于彎曲型和剪切型之間,下部略呈彎曲型,上部略呈剪切型,稱為彎剪型。,2)Λ與位移曲線的關(guān)系,26,從圖中可見,當Λ>24時,框架部分承受的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50,說明剪力墻數(shù)量偏少,其框架部分的抗震等級應按純框架結(jié)構(gòu)采用,軸壓比限值應按純框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。另外,剪力墻也不必布置得過多,宜使Λ>115,否則,框架承受的剪力將過小,不能充份發(fā)揮作用。由此可見,最佳范圍為24>Λ>115,。當然,Λ不在最佳范圍之內(nèi)也是可行的。,3)Λ的最佳范圍,,27,74截面設(shè)計要點及構(gòu)造要求,框架剪力墻的截面設(shè)計及構(gòu)造要求基本上與第5章框架結(jié)構(gòu)、第6章剪力墻結(jié)構(gòu)相同,以下僅介紹一些不同之處。一、框架總剪力的調(diào)整抗震設(shè)計時1當VF≥02V0時,其框架總剪力不必調(diào)整;2當VF<02V0時,其框架總剪力應按02V0和15VFMAX二者的較小值采用。二、構(gòu)造要求,框架剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率抗震設(shè)計時≥025非抗震設(shè)計時≥02并至少設(shè)置雙排,拉筋直徑≥Φ6,間距≤600與剪力墻重合的框架梁可保留,亦可做成寬度與剪力墻同厚的暗梁,暗梁高度可取2倍墻厚或與框架梁等高,暗梁可按構(gòu)造要求配筋。剪力墻底部加強部位的邊框柱箍筋宜全高加密。,,,28,,,根據(jù),,查下圖或由公式計算可知,此時Λ大約為115。,
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