高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-框架剪力墻

1、1,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第4章 框架─剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(jì)時(shí)應(yīng)在兩個(gè)主軸方向都布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。否則，將會(huì)造成兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)剛度相差懸殊，無(wú)剪力墻的一個(gè)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(shí)，應(yīng)符合第5章的有關(guān)規(guī)定。 框架-剪力墻

2、結(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(duì)稱(chēng)、分散、周邊及在薄弱環(huán)節(jié)處設(shè)置剪力墻。,7.1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(guò)大； （2）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； （3）縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和[ 形等形式（見(jiàn)下圖）；,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中

3、剪力墻的布置宜符合下列要求：,（4）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(kāi)洞時(shí)，洞口宜上下對(duì)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(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。,4,剪力墻的最大間距宜滿(mǎn)足下表的要求：,7.2 構(gòu)件截面尺寸估算,一、二級(jí)的底部加強(qiáng)區(qū) ≥1/16層高，且≥200mm

4、 其他 ≥1/20層高 且≥160mm,1.剪力墻的厚度,主要應(yīng)滿(mǎn)足剪力墻承載力及平面外穩(wěn)定的要求（剪力墻厚度對(duì)變形的影響較?。?剪力墻的厚度是否滿(mǎn)足承載力的要求，只能根據(jù)最終的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果檢驗(yàn)。 為防止剪力墻平面外失穩(wěn)，帶邊框剪力墻的最小厚度應(yīng)滿(mǎn)足,5,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩50%時(shí)

5、，其框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)采用，軸壓比限值應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。,2. 梁、柱截面及混凝土強(qiáng)度等級(jí) 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(jiàn)下表：,框架、剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)等要求，分別同第5章、第6章相應(yīng)的要求。,軸壓比限值,6,7.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移計(jì)算,一、豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算框架的內(nèi)

6、力計(jì)算同第5章剪力墻的內(nèi)力計(jì)算同第6章,二、水平荷載作用下的內(nèi)力及位移計(jì)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(gè)結(jié)構(gòu)剛度之和，且沿豎向均勻分布（當(dāng)剛度沿豎向有變化時(shí)，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(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)。）3）將連梁簡(jiǎn)化為沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片，反彎點(diǎn)在跨中。,7

7、,2.計(jì)算簡(jiǎn)圖,8,,3.內(nèi)力及位移計(jì)算,,說(shuō)明：因?yàn)閺澗卣蚨x與材料力學(xué)不同，所以公式中的正負(fù)號(hào)與材料力學(xué)中的相反。,根據(jù)M、V、p的微分關(guān)系,對(duì)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)y(x)表達(dá),應(yīng)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

8、用：,為了將上式制成圖表以方便使用，需將以上各式化成無(wú)量綱形式，,根據(jù)上式制成的圖，即教材中的圖7.11~圖7.13。,11,12,13,14,倒三角形荷載或頂部集中荷載作用下，公式推導(dǎo)過(guò)程同上，此處從略。4.計(jì)算步驟（1）計(jì)算總剪力墻、總框架剛度,（2）由λ及樓層相對(duì)標(biāo)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

9、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(jì)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q=150kN/m，剛度特征值λ=2.5，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(hào) 標(biāo)高,10850,,,,,,,,,,,,,,30,24,15,0,1,0.8,0.5,0,0

10、,-0.056,-0.0125,0.53,0,-3780,-844,35775,-0.232,-0.055,0.203,1,-1044 -248 914 4500,1044 1148 1336 0,17,18,5.框架―剪力墻剛結(jié)體系 前面給出的計(jì)算方法中，總框架與總剪力墻之間沒(méi)有連梁，二者之間是用樓板相連的，無(wú)約束彎矩，我們稱(chēng)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

11、與剪力墻相連，連梁將對(duì)剪力墻產(chǎn)生約束彎矩，我們稱(chēng)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(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算方法與鉸接體系的計(jì)算方法基本相同，僅剛度特征值及總框架剪力的計(jì)算有變化（具體公式推導(dǎo)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(diǎn)數(shù)。n個(gè)結(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)方法是：每根兩端剛域連梁有2個(gè)結(jié)點(diǎn)，mij是指m12及m21；一端剛域的連梁只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)

12、，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(jì)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(dāng)λ很小時(shí)，剪力墻承擔(dān)大部分剪力，當(dāng)λ=0時(shí)，即為純剪力墻結(jié)構(gòu)；當(dāng)λ很大時(shí)，框架承擔(dān)大部分剪力，當(dāng)λ=∞時(shí)，即為純框架結(jié)構(gòu)；λ在1～6之間時(shí)，在頂部框架與剪力墻的剪力均不為零（但二者

13、之和為零），在底部，剪力墻承擔(dān)全部剪力，框架剪力為零（這是由近似計(jì)算造成的，實(shí)際框架會(huì)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ξ=0.3～0.6之間，隨著λ增大，向下移動(dòng)。）,25,,當(dāng)λ＜1時(shí)，變形曲線為彎曲型（層間位移上大下小）； 當(dāng)λ≥6時(shí)，變形曲線為剪切型（層間位移上小下大）； 當(dāng)λ=1～6之間時(shí)，變形曲線介于彎曲型和

14、剪切型之間，下部略呈彎曲型，上部略呈剪切型，稱(chēng)為彎剪型。,2）λ與位移曲線的關(guān)系,26,從圖中可見(jiàn)，當(dāng)λ＞2.4時(shí)，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(shuō)明剪力墻數(shù)量偏少，其框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按純框架結(jié)構(gòu)采用，軸壓比限值應(yīng)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(guò)多，宜使λ＞1.15，否則，框架承受的剪力將過(guò)小，不能充份發(fā)揮作用。 由此可見(jiàn)，最佳范圍為2.4＞λ＞1.15，。當(dāng)然，λ

15、不在最佳范圍之內(nèi)也是可行的。,3）λ的最佳范圍,,27,7.4 截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造要求,框架―剪力墻的截面設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)：1.當(dāng)Vf≥0.2V0時(shí)，其框架總剪力不必調(diào)整；2.當(dāng)Vf＜0.2V0時(shí)，其框架總剪力應(yīng)按0.2V0和1.5Vfmax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：