框架剪力墙结构.ppt

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1、1,第 7章框架剪力墙结构设计,2,一、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。,3,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12kN14kN/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

2、。,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,6,3按刚度比将总剪力墙上的内力分配给

3、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。,8,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，。,9,10,11,12,墙弯曲变形 框架剪切变形,2水平均布荷载下的协同工作分析,13,14,15,；,1

4、6,17,18,19,a.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。,20,三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,21,（2

5、）均布荷载作用下,22,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）,（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

6、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；,25,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。,26,27,（2）总剪

7、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：,28,29,k 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。,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

8、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。,31,（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。,32,十胜冲地震宫城冲地震,（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。,33,34,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

9、%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），一般情况下，宜取。应注意，满足位移限值是一个必要条件，但不是一个 充分条件。综合反映结构刚度特征的参数是结构自振周期，宜使框剪结构的自振周期。,35,36,五、框剪结构的布置与构造要求（一）结构布置的一般要求 1.框剪结构应设计为双向抗侧力体系，主体结构不应采用铰接。需要抗震设防的框剪结构，剪力墙宜双向布置。2.框架梁、柱与剪力墙的轴线宜重合在同一平面内，梁柱轴线间偏心矩不宜大于柱截面在该边长的1/4。3.框剪结构中剪力墙的布置应符合以下要求：（1）横向剪力墙宜均

10、匀对称地布置在建筑的端部附近、楼电梯间、平面形状变化处及恒载较大的地方。,37,（2）横向剪力墙的间距宜满足下表要求：,剪力墙的间距,注：B表中为楼面宽度。现浇部分厚度大于60mm的预应力或非预应力叠合 板可作为现浇考虑。剪力墙之间楼面有较大的开洞时，剪力墙的间距应减少。,38,（3）纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙，否则宜留施工后浇带以减少温度、收缩应力的影响。（4）纵横向剪力墙宜组成L形、T形和口字形等。（5）当剪力墙墙肢截面高度大于8m时，可用门窗口或施工洞形式联肢墙。（6）剪力墙布置不宜过分集中，每道剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力的4

11、0%。（7）剪力墙宜贯通建筑物全高，厚度逐渐减薄，避免刚度突然变化。,39,（二）剪力墙构造 1周边有梁、柱的剪力墙，厚度不应小于160mm，且不小于墙净高的1/20。剪力墙中线与墙端边柱中线宜重合，防止偏心。剪力墙的端部框架柱除楼电梯井外，应保留，框架梁宜保留，如剪力墙周边仅有柱而无梁时，则应设置暗梁。2框架剪力墙结构中，当剪力墙部分承受的地震倾覆力矩等于或小于结构总地震倾覆力矩的50%时，其框架部分应按框架结构的抗震等级采用；当剪力墙承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%较多时，可适当降低框架柱轴压比限值的要求。3剪力墙不宜开边长超过800mm的洞，且洞口四周要求配置构造钢筋。,

12、40,4非抗震设计时，剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不应小于0.2%，直径不应小于8，且应双排配置。5抗震设计时，剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不小于0.25%，直径不应小于8，间距不应大于300mm，且应双排配置。（三）板柱剪力墙结构 1.板柱剪力墙结构的布置应符合下列要求:(1)应布置成双向抗侧体系,两主轴方向均应设置剪力墙;(2)抗震设计是,房屋的周边应设置框架梁,房屋的屋顶及地下一层顶板宜采用梁板结构;(3)有楼、电梯间等大开洞时,洞口周围宜设置框架梁或边梁;,41,(4)无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽板或有柱帽板。当采用托板式柱帽时，托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向

13、长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不宜小于1/4无梁板的厚度；抗震设计时，托板处总厚度尚不宜小于同方向柱截面宽度与4倍板厚度之和，托板处总厚度尚不宜小于16倍柱纵筋直径。当不满足承载力要求且不允许设置柱帽时可采用剪力架，此时板的厚度，非抗震设计时不应小于150mm，抗震设计时候不应小于200mm；(5)双向无梁板厚度与长跨之比，不宜小于下表的规定：,双向无梁板厚度与长跨的最小比值,42,2.抗震设计时，板柱剪力墙结构中各层横向及纵向剪力墙能承担相应方向该层的全部剪力；各层板柱部分除应符合计算要求外，尚应能承担不少于该层相应方向地震剪力的20%。3.板柱剪力墙结构中，沿两个主轴方向均应布置通过柱

14、截面的楼板连续钢筋，且钢筋的总截面面积应符合下式要求：,式中 通过柱截面的板底连续钢筋的总截面面积；在该层楼面重力荷载代表值作用下的柱轴向 压力设计力；通过柱截面的板底连续钢筋的抗拉强度设计 值。,43,4.板柱剪力墙结构中，板的构造应符合下列规定：（1）抗震设计时，无柱帽的板柱剪力墙结构应沿纵横柱轴线在板内设置暗梁，暗梁宽度取与柱宽加上柱宽度以外各1.5倍板厚，暗梁配筋应符合下列规定：a.暗梁上、下纵向钢筋应分别取柱上板带上、下钢筋总截面面积的50%，且下部钢筋不宜小于上部钢筋的1/2。纵向钢筋应全跨拉通，其直径宜大于暗梁以外板钢筋的直径，但不宜大于柱截面相应边长的1/20；b.暗梁的箍筋，

15、在构造上应至少配置四肢箍，直径不应小于8mm，间距不应大于300mm。,44,（2）设置托板式柱帽时，非抗震设计时托板底部宜布置构造钢筋；抗震设计时托板底部钢筋应按计算确定，并应满足抗震锚固。计算柱上板带的支座钢筋时，可考虑托板的有利影响；（3）无梁楼板允许开局部洞口，但应验算满足承载力及刚度要求。当未作专门分析时，在板的不同部位开单个洞的大小应符合下图的要求。若在同一部位开多个洞时，则在同一截面上各个洞宽之和不应大于该部分单个洞的允许宽度。所有洞边均应设置补强钢筋。,45,46,六、扭转的近似计算（一）水平力作用线位置与刚度中心位置的确定 1水平力作用线位置 风荷载作用时：指风荷载沿某方向的

16、合力作用线。,47,48,49,3偏心距计算 无抗震设防要求或设防烈度为7、8度时：设防烈度为9度时：式中：和 分别为建筑物沿 X 和 Y 方向的长度。（二）抗扭计算 1.位移计算 当沿y 方向有水平力作用时，与y轴平行的第i片结构沿y轴方向层间位移,50,51,52,53,以上四式是分别在 x 和 y 方向有扭矩作用时各抗侧力单元中的剪力。它们说明，无论在哪个方向水平荷载有偏心而引起结构扭转时，两个方向的抗侧力单元都能参加抵抗扭矩，但是平移变形时，与力作用方向相垂直的抗侧力单元不起作用（这是平面结构假定导致的必然结果）。从抗侧力单元中构件设计的角度看，y 方向水平荷载作用下的 值比 x 方向水平荷载作用下的 值大，即式（h）中 值包含了平移及扭转两部分，因此应当用式(h)所得内力设计与 y 轴平行的这些抗侧力单元。同理，在设计与 x 轴平行的那些抗侧力单元时，应当用式(j)求出的。式（i）求出的 和式（k)求出的 都不是设计构件的控制内力。,54,上式说明，在考虑扭转以后，某个抗侧力单元的剪力，可以用平移分配到的剪力乘以修正系数得到。,或简写为,将式(h)及式(j)改写成,55,可能大于1，也可能小于1。一般情况下，离刚心愈远的抗侧力结构，剪力修正也愈多。,修正系数,