框架-剪力墙结构.

1第7章框架—剪力墙结构设计2砼墙一、概述横向：4片墙、5榀框架、2根连梁，4个刚结端，或2片双肢墙、5榀框架、铰接连梁。纵向：4片墙、2榀框架、6个柱、8根连梁，8个刚结端。360~150m4~6最大高度：；高宽比：；框架、剪力墙分别定抗震等级。框架结构中设置了电梯井、楼梯井或其它剪力墙抗侧力结构后，应按框架—剪力墙结构计算。4二、框剪结构在垂直荷载作用下的内力计算方法框剪结构在垂直荷载作用下，可假定各竖向承重结构之间为简支联系，将竖向荷载按简支梁板简单地分配给框架和墙(竖向总荷载可按12kN~14kN/㎡估算)，再将各框架和各剪力墙按平面结构进行内力计算。如：框架—分层法。剪力墙—剪力墙在垂直荷载下的内力可根据墙的类型按上一章方法计算。5（一）基本假定与方法应按协同工作条件进行内力、位移分析，不宜将楼层剪力简单地按某一比例在框架与剪力墙之间分配。基本假定：1．将结构单元内同方向所有框架合并为总框架，所有连梁合并为总连梁，所有剪力墙合并为总剪力墙。总框架、总连梁和总剪力墙的刚度分别为各单个结构刚度之和。2．风荷载及水平地震作用由总框架（包括连梁）和总剪力墙共同分担。由空间协同工作分析，求出总剪力墙和总框架（包括连梁）分担的水平荷载及水平地震作用的大小，并计算总剪力墙和总框架的内力和整个结构的侧移。计算时假定楼盖在自身平面内刚度无限大。三、框剪结构在风荷载及地震作用下的内力计算方法63．按刚度比将总剪力墙上的内力分配给每一片剪力墙，将总框架上的总剪力分配给每一榀框架的柱。4．将每片剪力墙和每榀框架在垂直荷载和风荷载及地震作用的内力进行组合，并设计截面。7（三）框剪结构铰接体系在水平荷载作用下的协同工作分析1．框架抗震墙的刚度（1）框架的剪切刚度框架剪切刚度的定义是使框架产生单位剪切变形（不是柱两端产生单位相对位移）所需要的剪力。Chf=1h8由D值法可知：式中D—某一层柱的总抗侧刚度，h—层高；—与梁柱线刚度比有关的系数，按框架的D值方法计算。第i层总框架的剪切刚度为，当各层层高及刚度相等时，。fCDh312;ccIDEhffiCCcfiiiCDh9fCDh当框架各层的层高以及各层柱抗侧刚度不等时，可取其平均值计算，即1212n11221nnnnffiiDDDDnhhhHhnnDhDhDhCDhCnn式中10（2）剪力墙的抗弯刚度29120.891单肢墙、整截面墙：整体小开口墙：11总剪力墙的刚度为各片剪力墙刚度的总和，即12()()()jjjmEIEIEIEI(各剪力墙刚度沿高度相等时。j为第j层。)当剪力墙的刚度沿房屋的高度不等时，可取加权平均刚度计算，即1122()()()nnEIhEIhEIhEIH式中剪力墙在第i层的刚度值；第i层的层高。因此，可将总剪力墙和总框架化算为沿高度方向刚度均匀的框架。()iEIih12墙弯曲变形框架剪切变形墙框架框剪结构高水平位移2．水平均布荷载下的协同工作分析13ffVdydxC22wdyMEIdx33wdyVEIdx44wdypEIdx曲线朝-y方向凹。对剪力墙而言，当不考虑剪切变形影响时有：wfpppfwyyy（1）基本方程及其解静力平衡条件：变形协调条件：此外，对于框架而言有：ffdyVCdx22fffdVdypCdxdx故或14式中和为双曲线函数。以和代入静力平衡条件中得：fpwp4242fdydyEICpdxdxfEISC4242221fdydypdxSdxSC2122fxxpyAshBchCCxxSSCxshSxchS则上述微分方程可写为：这是一个非齐次四阶常微分方程，它的全解为：令15A，B，C1，C2，为积分常数，由边界条件确定：a．当x=0时，y=0；b．当x=0时，c．当x=H时，d．当x=H时，2xxSSxeeshS2xxSSxeechS0dydx220wdyMEIdx330fwfdydyVVEICdxdx即；16以代入，求得这四个积分常数为：2323,,,dydydyydxdxdxfpHSAC21(,)fpSshHBCchS21fpSCBC2fApHCSC2222fffffSpHxSpxSppHpyshchxxCSCSCCC因此，微分方程式的全解可具体写为：17总框架的抗侧刚度；总剪力墙的抗弯刚度。称为房屋刚度特征值，则对应于匀布荷载下的位移方程可写为：设和xHfCHHSEIfCEI442211112xshUchshchpHEI(匀布荷载)18222211wdypHshMEIchshdxch331wdypHshVEIchshdxch(1)fwVpHV（2）总剪力墙和总框架内力计算①总剪力墙的弯矩与剪力②总框架的剪力（3）框架—剪力墙结构的受力与位移特征①侧向位移特征19a.很小（剪力墙强）时，剪力墙几乎承担了全部力。b．很大（剪力墙弱）时，框架几乎承担了全部剪力。c．框架的剪力最大值在结构的中部（～0.3处），且最大值位置随结构刚度特征值的增大而下移。d．由于没有考虑剪力墙的剪切变形影响，因此求得框架基底处全部剪力为零，即底部剪力全由剪力墙承受。这一结论与实际受力情况不相符合。为了弥补这一不足，同时由为了简化计算，要求各层总框架的总剪力不小于20%的基底总剪力。e．上部剪力墙出现负剪力，而框架却担负了较大的正剪力。在顶部，框架和剪力墙的剪力都不为零。0.6fV20232220221111226112211122uHfwMwVqHshshchshyfCchqHshshchMshMchqHshshshVchch021()(1)2fWVVqHV三种典型水平荷载位移和内力的计算公式可归纳如下：（1）倒三角形分布荷载下2122220201(1)12111()(1)uHfwMwVfWqHshychshfCchqHshMchshMchqHshVchshVchVqHV（2）均布荷载作用下223uH332wwM0wV0fW11(1)1()PHshychshfEIchshMPHchshMchshVPchshVchVFV式中，和都是和的函数。为使用方便，教材P.215-P.217已分别将三种水平荷载下的位移、弯矩及剪力画成曲线。（见下图示例）,wyMwV（3）顶点集中荷载作用下23图表5-1均布荷载位移系数24抗震设计时，框架—剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层总剪力应符合下列规定：（1）满足下式要求的楼层，其框架总剪力不必调整；不满足下式要求的楼层，其框架总剪力应按和二者的较小值采用：其中——对框架柱数量从下至上基本不变的规则建筑，应取对应于地震作用标准值的结构底部总剪力；对于框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，应取每段最下一层结构对应于地震作用标准值的总剪力；——对应于地震作用标准值且未经调整的各层（或某一段内各层）框架承担的地震总剪力；00.2fVV,max1.5fV0VfV00.2V25——对框架柱数量从上至下基本不变的规则建筑，应取对应与地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值；对框架柱数量从上至下分段有规律变化的结构，应取每段中对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担地震总剪力中的最大值。（2）各层框架所承担的地震总剪力按本条第1款调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值，框架柱的轴力标准值可不予调整；（3）按振型分解反应谱法计算地震作用时，本条例第1款所规定的调整可在振型组合之后进行。.maxfV261120.5iniiyCrCr2(13)(13)1rkk1116Ckr20.5Crbckkk3.总框架与总剪力墙上地震作用及风荷载的再分配方法（1）总框架上的地震作用及风荷载再分配按柱的抗侧刚度分配。当框架仅在顶点一集中荷载时，对于框架梁、柱各层刚度均相等的情况，柱的反弯点高度比可按下式计算：n建筑物的总层数；i所计算的楼层层次；式中：平均相对刚度。27（2）总剪力墙上地震作用的再分配当剪力墙均无洞口时，可按墙的抗弯刚度分配。当剪力墙有洞口时，可按折算抗弯刚度分配。考虑剪切变形的影响时，可将墙体各层的抗弯刚度乘以刚度降低系数按下式计算：-++-+-VwV底V底底VV顶ViV顶==+=+Hi21212.3()1()ihcaNHrmma28i层墙的砼弹性模量（t/m2）；N总层数；H总高度（m）；r洞口折减系数，底层至计算层（i层）的平均刚度，当墙上有小洞时，应按扣除洞口的惯性矩计算。当洞口开口系数：时，应按洞口两侧墙的惯性矩的和取值；i层剪力墙的全截面面积（m2）；VV顶底iVaV底iwiEIcEAEI0.4p开口面积墙面积wiAiE11.25rp；式中29k截面形状影响系数，对于矩形截面，k=1.2；对于I形截面，；剪力墙受地震作用时由于塑性变形引起的刚度折减系数。对整浇墙，；对装配整体式墙，。有表可查。因此，i层墙的折算刚度为：i层分配系数：一般剪切变形只须考虑建筑物的下部三分之一的高度。因此，求值时由下往上，当值接近1时就无需再折减。k全面积腹板面积0.80.50.712mm、、iiiEIEIiiEIDEIii连梁与墙刚接时,计算公式参见教材。30四、框剪结构中剪力墙的合理数量（一）概述框剪结构中剪力墙配得太少，对抵抗风荷载及地震作用的帮助很小，但是配得太多，增加了材料用量，增加了结构自重，增大了地震作用效应，也是没有必要的。maxWminWOW(少墙结构)(适墙结构)(超墙结构)(含墙量)31WminmaxWmm(墙长)/m(楼面面积)2050150100W壁率（二）日本经验1．壁率长度表示法2．平均压应力—墙面积表示法墙长度表示法不能反映墙厚、层数、重量等因素的影响，因此，日本人后来改用平均压应力—墙面积再分析，平均压应力，G为楼层以上重量。cwGAA32O壁率mm/m(MPa)220004000600080000.51.01.52.02严重震害轻微震害轻微震害无震害2.01.51.0O0.540002000轻微震害60008000无震害壁率mm/m22严重震害(MPa)轻微震害十胜冲地震宫城冲地震wcAA（三）我国经验根据国内已建大量框剪结构建筑，它们的底层结构截面面积与楼面面积之比，以及之比值大约在下表的范围内可供设计参考。fAwfAA33设计条件7°、Ⅱ类土3%～5%1.5%～2.5%8°、Ⅱ类土4%～6%2.5%～3%wfAAwcfAAA34结构刚度特征值的选取：（1）抗震规范要求，剪力墙承受的底部地震弯矩不应小于底部地震总弯矩的50%，小于50%时框架抗震等级应按纯框架结构划分。因此，。（2）为使框架最大楼层剪力，剪力墙数量不宜过多，因此，。希望框架最大楼层剪力为：（3）