剪力墙结构分析

 一、框架-剪力墙结构的特征

1、概念:框架-剪力墙结构,简称框剪结构,它是由框架和剪力墙组成的

结构体系。

2、适用范围:适用于需要灵活大空间的多层和高层建筑。

3、水平荷载作用下的变形特征:

4、水平荷载作用下的受力特征:

 

5、是一抗震性能较好的结构体系—协同工作:

在协同工作时,剪力墙单元的刚度比框架大得多,往往由剪力墙担负大部分外荷载,其次,两者分担荷载的比例上、下是变化的,由他们的变形特点可知,剪力墙下部变形将增大,框架下部变形却减小了,这使得下部剪力墙担负更多剪力,而框架担负的剪力较小。上部则相反,剪力墙变形减小,因而卸载,框架上部变形加大,担负的剪力将增大,因此框架上部下部所受剪力趋于均匀化。

6、是一种延性较好的结构体系—延性好的框架:

抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁所组成,具有多道抗震设防。

二、框架-剪力墙结构中的梁

1)普通框架梁C

2)剪力墙之间的连梁A

3)一端与墙肢相连,另一端与框架柱相连B

1、类型:

2、设计方法

1)普通框架梁C-按框架梁设计

2)剪力墙之间的连梁A-双肢或多肢剪力墙的连梁设计

3)一端与墙肢相连,另一端与框架柱相连B-特殊考虑

 

三、框架-剪力墙适用高度及高宽比

高宽比限值:P12表2.3、2.4

适用高度:P11 表2.1、2.2

注意:高宽比及高度限制的目的

四、剪力墙的布置

1、剪力墙的数量

通过多次地震中实际震害的情况表明:在钢筋混凝土结构中,剪力墙数量越多,地震震害减轻得越多。框架结构在强震中大量破坏、倒塌,而剪力墙结构震害轻微。

因此,一般来说,多设剪力墙对抗震是有利的。但是,剪力墙超过了必要的限度,是不经济的。剪力墙太多,虽然有较强的抗震能力,但由于刚度太大,周期太短,地震作用要加大,不仅使上部结构材料增加,而且带来基础设计的困难。另外,框剪结构中,框架的设计水平剪力有最低限值,剪力墙再增多,框架的材料消耗也不会再减少。所以,单从抗展的角度来说,剪力墙数量以多为好;从经济性来说,剪力墙则不宜讨多,因此,有一个剪力墙的合理数量问题。在结构设计中剪力墙的合理数量可参考表 1 决定.

2、剪力墙的布置

(1)、框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时,结构

两主轴方向均应布置剪力墙。

(2)、框架-剪力墙结构中,主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接.

(3)、梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合.

(4)、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求:

1 )剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,

剪力墙间距不宜过大;

2 )平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;

3 )纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式;

4 )单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40 %;

5 )剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐;

6 )楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;

7 )抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

(5)、长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中,其剪力墙的布置尚宜符合

下列要求:

1)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足P114表6.3的要求,当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时,剪力墙的间距应适当减小;

2)纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端

(6)、框粱-剪力墙结构可采用下列形式:

1)框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布置;

2)在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙(带边框剪力墙);

3)在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙;

4)上述两种或三种形式的混合。

6.2框架-剪力墙结构的内力计算

一、框架-剪力墙结构的简化计算模型

1、基本假定

1)楼板在自身平面内刚度无限大。

2)水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心。

3)框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度为常量。

在上述假定的基础上:

1)框架与剪力墙承担的剪力与其抗侧刚度成正比,而与平面位置无关。

2)可将框架等效为综合框架、剪力墙等效为综合剪力墙,放于同一平

面内分析。

3)综合框架、综合剪力墙之间用轴向刚度无限大的综合连杆连接。

框架和剪力墙是通过楼板的作用连接在一起

横向:被连接的总剪力墙包含4片墙,总框架包含5榀框架;总连杆中包含2根连梁,每梁有两端与墙相连,即2根连梁的4个刚结端对墙肢有约束弯矩作用

纵向:总剪力墙包含4片墙,总框架包含2片

框架和6根柱子(也起框架作用),总连杆中包含8根一端刚接、一端铰接的连梁,即8个刚接端对墙肢有约束弯矩作用

总结:计算简图取法——平移协同工作计算方法

把所有剪力墙合并为总剪力墙,所有框架合并为总框架,协同工作计算主要解决荷载在总剪力墙和总框架之间地分配,得到总剪力

墙和总框架的内力,并计算侧向位移。每片剪力墙的内力,按各片墙等效抗弯刚度进行再分配,各个柱子的水平剪力也将按每个柱

子的D值进行再分配。

2、总剪力墙刚度的计算

3、框架的剪切刚度计算:

框架对剪力墙的弹性反力与框架的剪切刚度(侧移刚度)有关。

用D值法:由前面所学,D值的物理意义是杆端有单位相对水平位移时所需的剪力。

框架抗推刚度:

 

当为任意变形时(转角)框架所受的剪力:

就是框架所受的力,也就是框架给剪力墙的弹性反力。

二、框架-剪力墙铰接体系的基本方程及内力计算

1、基本假定

1)框架与剪力墙之间没有弯矩传递,仅传递轴力

2)综合连杆沿高度方向连续,其作用以等代分布力Pf代替

2、计算简图

P117 公式6.12

令:

 

(6.12)

解:

倒三角形水平荷载

 

均布水平荷载

 

顶部集中荷载F

用弯矩系数、剪力系数、位移系数来表示:

三、框架-剪力墙刚接体系的基本方程及内力计算

 

1、基本假定

1)综合连梁既包括框架与剪力墙之间的联系梁,也包括墙肢之间的联系梁

2)综合连梁连续化后,除有轴向分布力Pf外,还有分布剪力引起的约束弯矩

3)为简化计算,将约束弯矩全部作用在综合剪力墙上,沿竖向分布的力矩m(x)

2、计算简图

3、连梁约束弯矩的计算

连梁的种类

连杆对剪力墙墙肢的
约束弯矩m(x)的计算:

P125 公式6.31

(6.31)

 

5、刚接体系内力计算步骤:

(1)由体系的λ及ξ查表求得y、MW、V’W

(2)计算框架广义剪力

 

(3)计算总框架的总剪力和连梁的总约束弯矩

 

(4)总剪力墙的剪力

第三节框架——剪力墙结构协同工作性能

1、:反映综合框架与综合剪力墙刚度之比的参数,称为框架-剪力墙结构刚度特征值。是影响框架-剪力墙结构的受力、变形

性能的主要参数。

系数称为框架结构的刚度特征值,即纯剪结构,

      即相当于纯框架结构。

2、位移曲线:

很小时,剪力墙变形呈弯曲型,墙起主要作用;很大时,框架的作用愈来愈大,结构位移曲线逐渐变成剪切型,

时,位移曲线介于两者之间,下部略带弯曲型,而上部略带剪切型,呈反S型,称为弯剪型变形,此时上下层间

变形较为均匀。

 

框剪结构变形曲线

3、荷载与剪力分布特征:

剪力墙下部剪力PW大于外荷载P,上部荷载逐渐减小,顶部有反向的集中力。框架下部作用着负荷载,上部变为正荷载,顶部有集中力。由变形协调产生的相互作用的顶部集中力是剪力墙及框架顶部剪力不为零的原因。

4、框——剪结构剪力分配:

纯框架结构中,每片框架的剪力都是下大上小,顶部为零。而在框架——剪力墙结构中,框架所受的剪力却是底部为零,下小上大。

纯框架结构的控制部位在下部楼层。而框剪结构中的框架,控制部位在结构中部( x=0.3~0.6间)甚至是顶层,两者的内力分布规律完全相反。因此,纯框架结构设计完毕后,如果又增加了一些剪力墙,就必须按框—剪结构进行内力计算,否则不能保证框架部分的上部楼层的安全。

6.4框架-剪力墙结构构件的截面设计及构造要求

1、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构中,剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率,抗震设计时均不应小于0.25%,非抗震设计时均不应小于0.20%,并应至少双排布置。各排分布钢筋之间应设置拉筋,拉筋直径不应小于6mm,间距不应大于600mm。

2、带边框剪力墙的构造应符合下列要求:

1)带边框剪力墙的截面厚度应符合下列规定:

 (1)抗震设计时,一、二级剪力墙的底部加强部位均不应小于200mm,且不应小于层高的1/16;
(2)除第1项以外的其他情况下不应小于160mm,且不应小于层高的1/20;

2)剪力墙的水平钢筋应全部锚入边框柱内,锚固长度不应小于la(非抗震设计)或laE(抗震设计);

3)带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同;

4)与剪力墙重合的框架梁可保留,亦可做成宽度与墙厚相同的暗梁,暗梁截面高度可取墙厚的2倍或与该片框架梁截面等高,暗梁的配筋可按构造配置且应符合一般框架梁相应抗震等级的最小配筋要求;

5)剪力墙截面宜按工字形设计,其端部的纵向受力钢筋应配置在边框柱截面内;

6)边框柱截面宜与该榀框架其他柱的截面相同,边框柱应符合本有关框架柱构造配筋规定;剪力墙底部加强部位边框柱的箍筋宜沿全高加密;当带边框剪力墙上的洞口紧邻边框柱时,边框柱的箍筋宜沿全高加密。

3、板柱-剪力墙结构中,沿两个主轴方向均应布置通过柱截面的板底连续钢筋,且钢筋的总截面面积应符合下式要求:

 

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