《《框剪結構設計》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《框剪結構設計》PPT課件（97頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三章 框架-剪力墻結構,1 框架-剪力墻協(xié)同工作,一、概述,由樓、屋蓋連系起來，形成整體，使框架與剪力墻協(xié)同工作。,由于剪力墻的存在,使整棟建筑物側向剛度增大,地震時結構變形及水平位移減小,非結構破壞減輕。,剪力墻由墻板與周邊的梁、柱結合在一起 而形成帶邊框的剪力墻，水平呈啞鈴形，剪力墻數(shù)量少、受力大、配筋要高。（主要的抗側力構件）,梁,,兩端均與剪力墻連接的梁,框架梁,柱截面小、用料省、側向剛度小。,一端與剪力墻、一端與框架連接的梁,,,,這種梁與墻的連結剛度大,在水平力作用下，會由于彎曲變形很大而出現(xiàn)很大的彎矩和剪力后首先開裂、屈服，進入彈塑性工作狀態(tài)，因此在計算時，要將此類連梁的剛度進

2、行折減。,,二 、協(xié)同工作的基本概念 1、框剪結構水平位移的特征,剪力墻結構：彎曲型，層間變形上大下小,框架結構： 剪切型，層間變形上小下大,框架與剪力墻結構兩者單獨變形性質的不同，從而導致在水平位移過程中的相互約束。,框剪結構：,通過剛性樓面協(xié)同工作,,,,,,剪力墻,框架,框架-剪力墻,不同結構的變形圖,2、協(xié)同工作,A、位移,上部：框架的層間位移比剪力墻小，框架協(xié)助剪力墻工作，使變形協(xié)調如圖中虛線所示，故框架較剪力墻承擔的剪力大，但水平剪力上部本來就小，故框架內(nèi)力并不大。,底部：剪力墻的位移比框架小，剪力墻將協(xié)助框架工作以調整位移，則剪力墻承受的水平剪力越接近底部越大。由于底部剪力大，則

3、框架剪力墻的協(xié)同工作對框架的受力極為有利。,B、內(nèi)力,上部：框架除了負擔外荷載產(chǎn)生的水平力外，還額外負擔了把剪力墻拉回來的附加水平力。因此，在上部樓層，即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架中也出現(xiàn)相當大的剪力。 底部：框架承受的水平剪力減小。,C、節(jié)省材料,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,注意事項,純框架結構設計完后，如果又增加了剪力墻，問結構是否安全？ 框架結構中有電梯井或局部有剪力墻，問是否能按純框架結構進行設計？,三、荷載,1、基本假定 樓蓋結構在自身平面內(nèi)的剛度為無窮大，平面外的剛度可忽略不計； 水平力的合力通過結構的抗側剛度中心，即結構沒有整體扭轉； 框架和剪力墻的結構剛

4、度參數(shù)沿高度方向均為常數(shù)。 根據(jù)以上假定：所有框架等效為綜合框架 所有剪力墻等效為綜合剪力墻 所有連梁等效為綜合連梁,樓蓋的作用是保證各片平面結構具有相同的水平位移。,四、基本假定和計算簡圖,2、確定計算簡圖,,結構在y方向上受力（鉸結體系）,結構在x方向上受力(剛結體系）,剛結體系 當連梁的剛度較大時,鉸結體系 當連梁的剛度較小，轉動剛度較小時，可忽略連梁對剪力墻的轉動約束作用,綜合剪力墻剛度 =每片剪力墻等效抗彎剛度的和；即,五、綜合剪力墻及綜合框架剛度計算 1、綜合剪力墻剛度計算,2、綜合框架剛度計算,框架抗推剛度的定義： 產(chǎn)生單位層間變形角所需的推力,同

5、一層內(nèi)框架柱的抗側移剛度,綜合框架剛度=所有柱抗推剛度的總和,框架抗側剛度考慮柱軸向變形的修正,__僅考慮梁、柱彎曲變形時框架的頂點位移；__僅考慮柱軸向變形時框架的頂點位移；,2 框架-剪力墻鉸接體系協(xié)同工作計算,協(xié)同工作計算采用連續(xù)連桿法,將集中荷載在層高內(nèi)連續(xù)化：,預備知識 ： 材料力學計算公式,,微分方程的建立 力的平衡條件,,得 以剪力墻變形曲線為未知量的 4 階微分方程 令： 結構剛度特征值,引入兩個符號：,框剪結構總高度,稱為結構剛度特征值。是反映總框架和總剪力墻剛度之比的一個參數(shù)，對框架-剪力墻的受力和變形都有很大影響。,整理得 四階常系數(shù)非齊次線性微分方程

6、微分方程的求解 齊次方程的解 特征方程 齊次方程的通解,特解 微分方程的通解,,求解待定系數(shù) 剪力墻底部,積分待定系數(shù) 以 均布荷載 作用為例 同理可求得在 倒三角形荷載 和頂點集中荷 載作用下的 積分系數(shù),,微分方程的解 根據(jù)結構剛度特征值 和樓層相對高度 求得剪力墻位移,總剪力墻彎矩計算 根據(jù)結構剛度特征值 和樓層相對高度 求得剪力墻彎矩,總剪力墻剪力計算 根據(jù)結構剛度特征值 和樓層相對高度 求得剪力墻剪力,求得,框架的水平剪力（V）,用圖表直接查用，既方便又快捷。（

7、P120-122）,倒三角分布荷載下位移系數(shù),3 框架-剪力墻結構 剛接體系協(xié)同工作計算,相同之處總剪力墻與總框架通過連 桿傳遞之間的相互作用力。 不同之處剛接體系中連桿對總剪力 墻的彎曲有一定的約束作用。,剛結體系與鉸接體系相比：,將連桿切開：,,對總剪力墻截面形心取矩,豎向剪力產(chǎn)生的彎矩，可抵消一部分外荷載引起的彎矩。,有利,增加了約束彎矩,將集中荷載在層高內(nèi)連續(xù)化：,框架計算與鉸接體系相同,一、剛接連桿桿端約束彎矩,約束彎矩系數(shù)，當梁端有單位轉角時，梁端產(chǎn)生的約束彎矩。,兩種連系梁 ： 剪力墻與框架之間的連系梁 剪力墻之間的連梁,均可簡化為帶剛域的梁,令b=0，則

8、得到僅在一端帶有剛性段的兩端約束彎矩系數(shù)：,為考慮剪切變形時的影響系數(shù),當設防烈度為6度和7度時：,當設防烈度為8度和9度時：,二、基本方程及其求解,一根連梁對剪力墻的約束彎矩 連續(xù)化假定 ，連續(xù)連桿的桿端約束彎矩 第 根連桿對墻肢的 約束剛度 約束剛度: 使連梁產(chǎn)生單位轉角所需要的力矩 綜合連梁總剛度 ： 每層有 根連桿,,綜合框架： 綜合所有框架的剪切剛度 綜合剪力墻：綜合所有的剪力墻的剛度 綜合連梁：將綜合框架和綜合剪力墻用聯(lián)梁連接 第 根帶剛域連梁對墻肢的約束剛度 綜合連梁總剛度 ： 每層有 根連梁,預備知

9、識 ： 材料力學計算公式,, 等代剪力和等代荷載的計算 連梁對剪力墻的約束彎矩 等代剪力 等代荷載,,, 微分方程的建立 荷載平衡,,,方程寫為,令 則 四階常系數(shù)非齊次線性微分方程 微分方程解 方程的解同鉸結體系的微分方程解 結構剛度特征值 中包含了連梁約束剛度 計算剪力 包括連梁對剪力墻約束 彎矩影響,,,工程應用 計算在不同荷載作用下 剪力墻頂點位移 （即 剪力墻頂點位移 ） 底部總彎矩 底部總剪力 根據(jù) 、 查 P 120 圖 6.10 圖 6.18 得不同荷載作用下的系數(shù),,剪力墻位移與內(nèi)力計算,,,總剪力墻剪力

10、 廣義框架剪力計算 總框架剪力計算 總連梁剪力計算,4 內(nèi)力分配計算,求出總剪力墻、總框架和總連系梁的內(nèi)力以后，計算各墻肢、各框架梁、柱及連系梁的內(nèi)力。,一、剪力墻內(nèi)力分配計算 得到總剪力墻的內(nèi)力Mw和Vw后，按各片剪力墻的等效抗彎剛度來分配。第 i層第j個墻肢的內(nèi)力（共有n個墻肢）為：,二、框架梁、柱內(nèi)力計算,近似地取各層柱的中點作為反彎點的位置，因此，第i層第j個柱的剪力為:,2020/9/17,56,,,,按連梁的剛結端剛度系數(shù)分配總連梁的總約束彎矩，得連梁在墻肢軸線處的彎矩,,再求連梁剪力及連梁在墻邊處彎矩,墻肢轉角相同，連梁反彎點在跨中點,三、剛接連梁內(nèi)力計算,5 框剪結構中剛度特

11、征值對結構荷載分配、內(nèi)力分配及位移的影響,鉸結體系：,剛結體系：,框架的抗推剛度,一、對荷載分配的影響,二、對內(nèi)力分配的影響,當=6時可見: 總剪力墻在底部承受了大部分剪力，在頂部剪力出現(xiàn)了負值。 總框架頂部承擔了較大的正剪力，在下部承擔的剪力卻很小，在上部剪力沿高度變化比較均勻，最大剪力的位置在結構中部0.3--0.6，而不在結構底部。,三、對結構側移的影響,為滿足剪力墻承受的地震傾覆力矩不小于結構總地震傾覆力矩的50%，應使結構剛度特征值,為了使框架充分發(fā)揮作用，達到框架最大樓層剪力 ，剪力墻剛度不宜過大，應使,6 框架-剪力墻結構 在地震作用下的內(nèi)力調整,一、框架內(nèi)力調整,2

12、、由于樓板的變形(在設計計算時，樓板在自身平面內(nèi)是剛度無限大的)，變形的結果就使得框架部分的水平位移大于剪力墻的水平位移。,1、當?shù)卣鸢l(fā)生時，結構進入彈塑性狀態(tài)，因剪力墻剛度大，承受的剪力大，因此首先屈服開裂，剪力在框架和剪力墻之間發(fā)生一次重分布，使得框架處于危險狀態(tài)。,鑒于以上兩點，框架實際受的水平力大于采用剛性樓板計算的結果。,調整的原則：,2、當屋面突出部分也采用框架-剪力墻結構時，突出部分框架總剪力取該層框架剪力計算值的1.5倍。,注意：框架內(nèi)力調整后，剪力墻部分仍保持原協(xié)同工作計算值而不作調整。,3、按振型分解反應譜法計算時，應針對振型組合 之后的剪力進行調整。,4、在各層框架總剪

13、力調整后，按調整前后的比例調 整柱和梁的剪力和端部彎矩，但柱軸向力不調整。,二、剪力墻內(nèi)力的內(nèi)部調整,考慮到剪力墻內(nèi)部的塑性內(nèi)力重分布，允許對剪力墻的內(nèi)力進行調整： 連梁的調幅系數(shù)80%，并將相鄰的連梁彎矩值增大，以滿足平衡條件。 對雙肢剪力墻，不允許出現(xiàn)墻肢全截面受拉(小偏心受拉)情況出現(xiàn)。 若雙肢剪力墻一肢出現(xiàn)大偏心受拉的情況，則受壓的另一肢的彎矩和剪力均應乘以放大系數(shù)1.25。,7 框架-剪力墻結構設計與構造,一、剪力墻布置原則： 均勻、 分散、 對稱、 周邊,要求片數(shù)多,且每片剛度不要太大：單片剪力墻底部承擔的剪力不宜超過底部總水平剪力的40%,,2）剪力墻中線與墻端邊柱中

14、線重合，防止偏心； 3）各片剪力墻的剛度不宜相差懸殊； 4）在樓板有洞口時，兩側布置剪力墻(避免在樓蓋中產(chǎn)生不利的內(nèi)力分布，保證樓蓋可靠地傳遞水平力)。,,使剛度中心與質量中心相一致,1、剪力墻的布置 1）豎向荷載較大處 平面形狀變化處 樓梯間和電梯間,5）縱向剪力墻的布置應避免大墻肢，可采用留施工洞的方法(為了減小墻體過大剛度及縱向收縮應力的影響）。,6）為了方便施工支模，當縫的寬度較小時，不宜在縫的兩側同時布置現(xiàn)澆剪力墻。,2、剪力墻的最大間距 水平力靠樓蓋、屋蓋傳遞，保證協(xié)同工作，樓蓋在水平方向的支點為剪力墻。為了滿足樓蓋、屋蓋在水平荷載作用下的變形。下表規(guī)定的剪力墻的最大間

15、距。,3、剪力墻的數(shù)量 剪力墻與框架都應分配一定的水平剪力，一般框架承擔的剪力占總剪力的20%40%。,因也有一定的側向剛度，其抵抗水平荷載的能力應該得到合理的利用,剪力墻起主要作用,框架,二、截面設計及構造要求 在框架-剪力墻結構中剪力墻常常設有暗柱，以便于建筑立面的處理，同時也常常將框架梁或連梁拉通穿過剪力墻，以利于結構受力，這種每層有梁，周邊帶柱的剪力墻也稱為帶邊框剪力墻，構造要求有所不同。,極限承載力提高42.5%,小 結,1、框架-剪力墻結構發(fā)揮了框架和剪力墻這兩種結構各自的優(yōu)點，且具有協(xié)同工作性能。在結構下部，剪力墻起主要作用，變形具有彎曲性型特點；在結構的上部，框架的層

16、剪變形相對較小，協(xié)同工作迫使剪力墻向外彎曲的程度減小，使結構變形具有剪切型特點。因而框架-剪力墻結構的層間變形上下趨于均勻，往往中部出現(xiàn)最大層間變形，呈現(xiàn)彎剪型變形。,2、框架-剪力墻鉸結體系中的連桿代表剛性樓板，它使各榀抗側力結構在同一樓層處具有相同的側移。而剛性體系中的連桿既代表樓板又代表框架與剪力墻之間的連梁，連梁的兩段存在彎矩，對剪力墻和柱均產(chǎn)生約束彎矩。,3、在框架-剪力墻結構中，剪力墻下部承擔的剪力很大，向上迅速減小，甚至出現(xiàn)負剪力，其剪力分布比剪力墻結構中的剪力分布更不均勻；而框架-剪力墻結構中框架上下剪力趨于均勻。,4、在框架-剪力墻結構中，考慮連梁的約束作用時，結構剛度特征值

17、增大，側向位移減??；剪力墻上部截面的正彎矩增大，下部截面的負彎矩減小，反彎點下移；剪力墻的剪力增大，框架的剪力減小。,5、框架與剪力墻之間的連梁內(nèi)力很大，計算時常將連梁的剛度乘以折減系數(shù)，使連梁的內(nèi)力減小，其實質是塑性調幅。連梁內(nèi)力減小后，剪力墻和框架的內(nèi)力將增大。但連梁的剛度折減系數(shù)不應小于0.55，否則連梁將過早屈服，影響正常使用。,2020/9/17,78,,6、框剪結構設計中應注意的問題 框剪結構容易滿足平面布置靈活和有較大抗側剛度的要求。此外，由于框架與剪力墻協(xié)同工作，使框架層剪力分布，從底到頂趨于均勻（與純框架結構中，框架層剪力上小下大不同），這對框架的設計十分有利框架柱和梁的斷面

18、尺寸和配筋可以上下比較均勻 由此可以看出三個值得注意的問題： （1）純框架設計完畢后，如果又增加了一些剪力墻（例如電梯井，樓梯井等改成剪力墻），就必須按框架剪力墻結構重新核算 （2）剪力墻與框架協(xié)同工作的基本條件是：傳遞剪力的樓板必須有足夠的整體剛度。因此框剪結構的樓板應優(yōu)先采用現(xiàn)澆樓面結構，剪力墻的最大間距不能超過規(guī)定限值,,,,,2020/9/17,79,,（3）框架結構中剪力墻的數(shù)量,,,剪力墻數(shù)量要滿足位移限值是一個必要條件。此外，應使剪力墻與框架的比例適當，使1.12.2為宜,剪力墻數(shù)量多，地震震害減輕，多設剪力墻可以提高建筑物抗震性能。但是剪力墻數(shù)量愈多，建筑物用料愈多、造價愈高。

19、剪力墻愈多則剛度愈大，自振周期愈短，地震作用愈大，加大了結構的受力。而且，即使剪力墻再多，框架部分耗用的材料并不能減少（因為 ）,框架-剪力墻協(xié)同工作的基本概念 基本假定和計算簡圖（鉸結體系與剛結體系） 綜合剪力墻剛度和綜合框架剛度計算 結構剛度特征值的意義 對荷載分配、內(nèi)力分配和結構側移的影響,重 點 內(nèi) 容,框架、剪力墻、框-剪結構的對比,建筑功能的特點構件類型承力體系剛度水平基本周期與地震作用填充墻體對基本周期的影響變形特征適用高度彈性層間位移限值彈塑性層間位移限值內(nèi)力分析特點延性設計內(nèi)容構件設計,建筑功能的特點,框架結構：平面空間較大，建筑布置靈活，能較大限度地滿足使用要求，適用于

20、各類建筑物。柱體露出影響美觀與使用。剪力墻結構：由于墻體間距不能太大，適用于中小開間建筑，如住宅、公寓、旅館建筑。有時作成局部剪力墻落地的框支剪力墻結構。框剪結構：吸收兩者的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側力性能?？蓮V泛地應用于各類房屋建筑。,構件類型,框架結構：柱、梁（一維受力構件），樓板（兩維平面外受力構件）剪力墻結構：墻（兩維平面內(nèi)受力構件）、梁（一維受力構件），樓板（兩維平面外受力構件）框剪結構：柱、墻、梁、樓板,承力體系,框架結構：梁、板為豎向荷載的水平傳力構件，柱為豎向傳力構件；柱及梁共同組成抵抗水平力的抗側力體系。剪力墻結構：梁、板為豎向荷載的水平傳力

21、構件，墻為豎向傳力構件；墻及墻肢間連梁共同組成抵抗水平力的抗側力體系?？蚣艚Y構：梁、板為豎向荷載的水平傳力構件，柱及墻為豎向傳力構件；框架與剪力墻共同組成抵抗水平力的抗側力體系。其中剪力墻是主要的抗側力構件。,剛度水平,框架結構：抗側剛度較弱，在風荷載和地震作用下側移較大，為避免填充墻體的破壞，需要增大柱梁截面滿足位移要求剪力墻結構：抗側剛度較大，為避免結構過剛而引起過大的地震反應，需要控制剪力墻的數(shù)量、長度或厚度以及連梁高度使之不宜過剛框剪結構：介于兩者之間，控制框架和剪力墻的比率，充分發(fā)揮框架和剪力墻各自作用（剪力墻不宜過少也不宜過多）。,基本周期與地震作用,周期框架結構： T1=0.08

22、0.1n，（n為結構層數(shù)）剪力墻結構： T1=0.05n 框剪結構： T1=0.060.08n,填充墻體對基本周期的影響,由于填充墻加強了結構的抗側剛度、使結構實際基本周期小于不考慮填充墻的計算結構周期。所以需對計算周期進行折減。折減系數(shù)：框架結構： 0.50.7 剪力墻結構： 1.0 框剪結構： 0.80.9,變形特征,框架結構：由于層剪切剛度較弱，以剪切變形為主剪力墻結構：以彎曲變形為主?？蚣艚Y構：介于兩者之間，為彎剪型。,,,,,,剪力墻,框架,框架-剪力墻,不同結構的變形圖,適用高度,彈性層間位移限值（避免非結構構件在小震下破壞）,1、在高烈度區(qū)，框架結構的層間位移要求成為決定柱梁斷面

23、尺寸的關鍵因素。2、剪力墻結構的層間位移要求一般容易滿足，設計中主要控制墻體不能太多太長，以免地震反應過大且滿足經(jīng)濟性。3、框剪結構則需要合理確定剪力墻數(shù)量及位置。因剪力墻承受大部分剪力而數(shù)量有限，需要優(yōu)化布置，設計工作量大。,試驗結果統(tǒng)計,彈塑性層間位移限值（避免結構倒塌）,試驗結果統(tǒng)計,內(nèi)力分析特點（簡化算法）,框架結構：豎向荷載作用下，有條件使用分層法；水平荷載作用下，使用反彎點法和值法。主要運用了結構力學中等截面直桿彎矩的分配、傳遞等基礎知識。剪力墻結構：因墻體與連梁剛度比較大，墻肢間連梁在豎向荷載作用下可按兩端固定支座梁考慮；垂直于墻體的梁可按普通梁計算；水平荷載作用下，根據(jù)墻體開洞

24、大小，分別采用材料力學知識（整體墻及小開口墻）、連梁連續(xù)化后切口處相對位移為零的微分方程的求解（聯(lián)肢墻）以及值法（壁式框架）求出整體結構的剛度、位移及內(nèi)力?？蚣艚Y構：根據(jù)水平位移協(xié)調，引入綜合框架和綜合剪力墻、綜合連梁概念；建立整個結構體系基于彈性地基梁概念的高階微分方程，根據(jù)邊界條件求解。,內(nèi)力分析特點（簡化算法）,框架結構：運用了樓板平面內(nèi)剛度無窮大假定，抗側剛度及內(nèi)力分析對象為某榀框架平面受力體系。剪力墻結構：運用了樓板平面內(nèi)剛度無窮大假定，抗側剛度及內(nèi)力分析對象為某榀剪力墻平面受力體系。框剪結構：運用了樓板平面內(nèi)剛度無窮大假定，抗側剛度及內(nèi)力分析對象為整個結構綜合等效后的名義剪力墻、框

25、架及連梁。,延性設計內(nèi)容,框架結構：結構防倒塌設計的梁鉸機制要求（強柱弱梁、強剪弱彎）、構件破壞模式的延性要求（強剪弱彎）、保證節(jié)點區(qū)的承載力要求（強節(jié)點區(qū)、強錨固）、提高和加強柱根部及角柱、框支柱等受力不利部位的承載力和其他抗震構造措施（ 局部加強、限制柱軸壓比，加強柱箍筋對混凝土的約束、設計內(nèi)力放大）剪力墻結構：結構耗能設計的梁鉸機制要求（強墻弱梁、強剪弱彎）、構件破壞模式的延性要求（強剪弱彎）、保證連梁-墻肢的承載力要求（強錨固）、提高和加強底部墻體等受力不利部位的承載力和其他抗震構造措施（ 設置約束邊緣構件、限制墻體軸壓比、設計內(nèi)力放大）框剪結構：結合兩者的延性設計內(nèi)容。,主要構件設計,框架結構：柱（偏壓、偏拉設計，斜截面抗剪設計）、框架梁（抗彎設計、斜截面抗剪設計、調幅、跨高比大于5）剪力墻結構：墻（偏壓、偏拉設計，斜截面抗剪設計）、連梁（抗彎設計、斜截面抗剪設計、調幅、跨高比小于5 ）框剪結構：結合兩者的構件設計內(nèi)容。,習 題,、畫圖說明各種結構體系的側向位移曲線有何特點？ 、框架剪力墻結構空間協(xié)同工作的原理是什么？ 、框架剪力墻結構鉸接體系和剛接體系的計算簡圖、結構內(nèi)力分布有何不同？ 、框架剪力墻結構剛度特征值的物理意義是什么？大小的變化對結構的荷載分配、內(nèi)力分布、側向位移有什么影響？請畫圖說明。,