框架剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作計(jì)算

1、5.4 框架－剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)的近似計(jì)算方法,規(guī)范摘錄：框剪結(jié)構(gòu)是一種抗震性能良好的結(jié)構(gòu)宜盡量采用框剪結(jié)構(gòu)代替純框架結(jié)構(gòu)剪力墻多時(shí)，震害較輕。過(guò)多不經(jīng)濟(jì)。,5.4 框架－剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)的近似計(jì)算方法框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的簡(jiǎn)化計(jì)算方法框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)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

2、的設(shè)計(jì)方法。僅個(gè)別地方略有不同。,框架剪力墻結(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,框架剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)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(jì)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(wú)限剛度假設(shè)前提下，只考慮側(cè)移時(shí)剪力的分配。方法：按總框架和總剪力墻形成計(jì)算簡(jiǎn)圖，用連續(xù)連桿法得到微分方程求解。重

3、點(diǎn)內(nèi)容：計(jì)算簡(jiǎn)圖；剛度特征值λ(相當(dāng)于整體系數(shù)),框剪結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算是在結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算之后，框架和剪力墻計(jì)算之前進(jìn)行的。計(jì)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(jì)算,,框－剪結(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(jìn)入塑性，應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)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,框架剪力墻協(xié)同工作,能者多勞,內(nèi)力不直接按剛度分配,,5.4.1 簡(jiǎn)化

4、假定及計(jì)算簡(jiǎn)圖,基本假設(shè)：1、樓板在自身平面內(nèi)的剛度無(wú)窮大。2、房屋體型規(guī)整，不會(huì)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(gè)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,框-剪結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及其分配,計(jì)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

5、聯(lián)系梁的梁端彎矩和剪力－分給每根梁,兩類計(jì)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(jìn)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(duì)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,在剪力墻平面內(nèi)，沒(méi)有聯(lián)系梁與剪力墻相連?？蚣芎图袅χg只是通過(guò)樓板相連。,絞結(jié)體系計(jì)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，

6、不看成框架柱,代表剛性樓蓋，沒(méi)有軸向變形,框架和剪力墻間僅樓板連接,剛結(jié)體系計(jì)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(jì)算簡(jiǎn)圖中不考慮這4個(gè)剪力墻,,,剛結(jié)體系計(jì)算圖的選擇,計(jì)算縱向水平荷載時(shí)，圖中的框架梁同時(shí)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,,兩片剪力墻由連梁連接的兩種簡(jiǎn)化方法,,,簡(jiǎn)化為

7、雙肢剪力墻鉸接或單墻剛接,連梁很弱α<1,連梁較強(qiáng),計(jì)算簡(jiǎn)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(gè)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(méi)有關(guān)系。5、按層數(shù)和框架的跨度繪制簡(jiǎn)圖。6、簡(jiǎn)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(shuō)它們不應(yīng)該有，而是在計(jì)算中我們不需要。另外各片剪力墻的厚度也未必相同

8、),,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(jì)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,協(xié)同工作計(jì)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(jì)算類似的連續(xù)化方法。兩端鉸接的連桿不變形只有軸力,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(gè)待定常數(shù)根據(jù)不同的荷載形

9、式可以得到對(duì)應(yīng)的特解剛接體系采用類似的方法求解微分方程不同,均布荷載作用下的最終解,至此已得到內(nèi)力設(shè)計(jì)值。用計(jì)算機(jī)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(gè)主要參數(shù)一個(gè)是坐標(biāo)，另一個(gè)是剛度特征值? （多肢墻中是整體系數(shù)）。,總框架和總剪力墻共同的側(cè)移,框架和剪力墻的內(nèi)力-補(bǔ)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(jìn)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

10、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(jìn)反彎點(diǎn)法，可求得梁、柱內(nèi)力,剪力墻剪力：,剪力墻彎矩：,框-剪結(jié)構(gòu)中框架的抗震等級(jí),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(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定。,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(duì)大小的度量。?大小對(duì)框－剪內(nèi)力分配、側(cè)移的影響為：?較小時(shí)：框架剛度相對(duì)較小、綜合剪力墻承擔(dān)

11、大部分剪力，變形為彎曲型。 ?=0為純剪力墻?較大時(shí)：框架剛度相對(duì)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(shí)：兩者的比例相當(dāng)，變形曲線為彎剪型。,,,框架-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,,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。

12、且最大值的位置隨λ值的增大而向下移動(dòng)。③ 框架和剪力墻頂部剪力不為零。因?yàn)樽冃螀f(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(jì)時(shí)，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)。,剪力墻位移與λ的關(guān)系,,頂點(diǎn)位移,頂部,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),剪力墻中剪力與λ的關(guān)系,底部截面總剪力,絞結(jié)體系：,剛結(jié)體系：,關(guān)于剛度特征值的補(bǔ)充閱讀材料

13、,如果剛度沿高度變化，且變化不大時(shí)，采用加權(quán)平均利用下式算得的CF和EIw計(jì)算?。,總剪力墻抗推剛度與總框架抗彎剛度的比,抗推剛度的計(jì)算,注意：各層剛度不同時(shí)按下式取平均值,第j層的高度,第j層剪力墻的等效剛度,《高規(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

14、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(jì)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(jì)算中降低桿件剛度：構(gòu)件剛度越小則內(nèi)力愈小。,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(jì)前降低其剛度(最低可為0.5EI)調(diào)幅后，連梁設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)將減小，因而更容易出現(xiàn)塑

15、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),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)

16、只針對(duì)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),考慮扭轉(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。考慮扭轉(zhuǎn)以后，各片結(jié)構(gòu)(墻)的剪力可能增加也可能減小。,關(guān)于扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的討論(P.140),在水平方向上：距離扭轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)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(gè)垂直線