框架剪力墙分析-华南理工大学

第四章框架—剪力墙结构设设计高层建筑筑结构主讲：韩韩小雷（（教授授）123剪力墙结结构概述述框剪结构构内力计计算框剪结构构内力、、位移特特征YourLogo目录第一节框框剪结结构概述述一、受力力和变形形特点剪力墙：：变形曲曲线为弯弯曲型，，层剪力力按照EI值分配框架：变变形曲线线为剪切切型，层层剪力按按照D值分配框剪结构构：变形形曲线为为反S形的弯剪型框剪结构构变形特特点第一节框框剪结结构概述述框剪结构构受力特特点协同工作作时，剪剪力墙单单元刚度度比框架架大得多多，剪力力墙担负负大部分分水平荷荷载。下部：剪力墙墙变形增增大，框框架减小小，故下下部为拉拉力；上部：剪力墙墙变形减减小，框框架增大大，故上上部为推推力。框架上部部和下部部所受剪剪力趋于于均匀化化。第一节框框剪结结构概述述二、框剪剪结构中中的梁第一种是是剪力墙墙之间的的、两端端均与墙墙肢相连连的连梁梁A；第二种是是一端与与剪力墙墙相连,另一端与与框架柱柱相连接接的连梁梁B；第三种是是两端均均和框架架柱相连连的框架架梁C。第一节框框剪结结构概述述C梁按框架架梁设计计，A梁按双肢肢或多肢肢剪力墙墙的连梁梁设计。。B梁一端与与墙相连连，墙肢肢刚度很很大；另另一端与与框架柱柱相连，，柱刚度度较小。。B梁应设计计为强剪剪弱弯，，保证在在剪切破破坏前已已屈服而而产生了了塑性变变形。在进行内内力和位位移计算算时，由由于B梁可能弯弯曲屈服服进入入弹塑性性工作状状态，B梁的刚度度应乘以以折减系数数β予以降低低。为防防止裂缝缝开展过过大，避避免破坏坏，β值不宜小小于0.5。如果配配筋困难难，还可可以在刚刚度足够够、满足足水平位位移限值值的条件件下，降降低连梁梁的高度度而减小小刚度，，降低内内力。第一节框框剪结结构概述述三、剪力力墙的合合理数量量单从抗震震的角度度来说，，剪力墙墙数量以以多为好好；从经经济性来来说，剪剪力墙则则不宜过过多。第二节框剪结构构内力计计算框架-剪力墙结结构体系系在水平平荷载作作用下的的内力分分析是一一个三维维超静定定问题，，通常把把它简化为平平面结构构计算，并在结结构分析析中作如如下基本假定定：楼板在自自身平面面内的刚刚度无限限大。当结构体体型规则则、剪力力墙布置置比较对对称均匀匀时，结结构在水水平荷载载作用下下不计扭扭转的影影响。不考虑剪剪力墙和和框架柱柱的轴向向变形及及基础转转动的影影响。一、基本本假定第二节框剪结构构内力计计算铰接体系系在基本假假定的前前提下，，计算区区段内结结构在水水平荷载载作用下下，水平平位移相相同。此此时，可可把所有有剪力墙墙综合在在一起成成总剪力力墙，将将所有框框架综合合在一起起成总框框架。楼板的作作用是保保证各片片平面结结构具有有相同的的水平侧侧移，但但楼面外外刚度为为零，它它对各平平面结构构不产生生约束弯弯矩，可可以把楼楼板简化化成铰接接连杆。。刚接体系系这种体系系包括总总剪力墙墙、总框框架和刚刚性连杆杆。此连连杆实为为一连梁梁，连接接剪力墙墙和框架架。该梁梁对剪力力墙有约约束作用用，视为为刚接，，该梁对对柱也有有约束作作用。二、两种种结构简简化体系系第二节框剪结构构内力计计算按铰接体体系：3片墙，4榀框架第二节框剪结构构内力计计算有连梁连连接按刚接体体系：4片墙，5榀框架第二节框剪结构构内力计计算三、总剪剪力墙和和总框架架刚度计计算1、总剪力力墙刚度度总剪力墙墙抗弯刚度度为每片剪剪力墙抗抗弯刚度度之和：：其中：k—剪力墙片片数—每片墙的的等效抗抗弯刚度度第二节框剪结构构内力计计算2、总框架架刚度对总框架架来说，，抗侧移移刚度为为同一层层内所有有框架柱柱的抗侧侧移刚度度之和，，柱的刚刚度采用用修正后后的抗侧侧移刚度度D值。总框架的的剪切刚刚度：总框架架在楼层层间产生生单位剪剪切变形形所需的的水平剪剪力第二节框剪结构构内力计计算在工程实际际中，总总框架各各层抗侧侧移刚度度Cf及总剪力力墙各层层等效抗抗弯刚度度EIeq沿结构高高度不一一定完全全相同，，而是有有变化的的，如果果变化不不大，其其平均值值可采用用加权平平均法算算得：第二节框框剪结结构内力力计算四、按铰铰接体系系框剪结结构的内内力计算算框剪结构构在水平平荷载作作用下，，外力在在框架和和剪力墙墙之间的的分配由由协同工工作计算算确定，，采用连连续连杆杆法。将连杆切切开，各各连杆中中的未知知力化为为未知函函数。分分别取总总剪力墙墙和总框框架为研研究对象象。第二节框框剪结结构内力力计算对于总剪剪力墙看成悬臂臂梁，其其内力与与弯曲变变形的关关系如下下：①第二节框剪结构构内力计计算对于总框框架，由假定定，，对式上式式微分得得：代入①式，整理后后得：②第二节框剪结构构内力计计算引入符号号λ称为结构刚度度特征值值，是反映映总框架架和总剪剪力墙刚刚度之比比的一个个参数，，对框架架剪力墙墙结构的的受力和和变形状状态及外外力分配配都有很很大影响响。第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算分别引入入框剪结结构在均均布、三三角形分分布、顶顶部集中中荷载作作用下的的边界条条件，得得到非齐齐次线性性微分方方程的解解y(ξ)，即为框框剪结构构在这三三种荷载载下的位位移计算算公式。。然后可以以根据位位移曲线线y(ξ)求解总剪剪力墙的的内力Mw和Vw及总框架架的剪力力Vf。第二节框剪结构构内力计计算通过上述述方法来来计算总总剪力墙墙的位移移y、内力Mw和Vw比较繁琐琐，为方方便计算算，给出出在以上上3种典型荷荷载作用用下y、Mw和Vw的计算图图表，设设计时可可以直接接查用。。第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算第二节框剪结构构内力计计算查出各系系数，然然后根据据下列式式子求得得结构该该截面处处的位移移及内力力。总框架的的剪力可可直接由由总剪力力减去剪剪力墙的的剪力得得到：第二节框剪结构构内力计计算五、按刚刚接体系系框剪结结构的内内力计算算与铰结体体系间的的主要区区别：总剪力墙墙和总框框架间的的连杆对对墙肢有有约束弯弯矩作用用。连杆切开开后，连连杆中除除轴向力力外，还还有剪力力和弯矩矩。第二节框剪结构构内力计计算计算简图图第二节框剪结构构内力计计算将剪力和和弯矩向向墙肢截截面形心心轴取矩矩，就形形成约束束弯矩。。将约束弯弯矩及连连梁轴力力连续化化后，可可以得到到基本计计算体系系。与铰结体体系相比比：框架部分分完全相相同，但但剪力墙墙部分增增加了约约束弯矩矩。第二节框剪结构构内力计计算刚结连杆杆杆端约约束弯矩矩形成刚结结连杆的的连梁有有两种：：墙肢与与框架之之间；墙墙肢与墙墙肢之间间。连梁均可可以简化化成带刚域的的梁，刚域长长度取为为墙肢形形心轴到到连梁边边距离减减去1/4连梁的高高度。第二节框剪结构构内力计计算墙肢与墙墙肢之间间两端带刚刚域杆的的杆端弯弯矩系数数：第二节框剪结构构内力计计算墙肢与框框架之间间在上式中中令b=0，得到仅仅有一端端带刚域域的梁端端弯矩系系数：式中——考虑剪切切变形时时的影响响系数，，如果不不考虑剪剪切变形形的影响响，可令令。第二节框剪结构构内力计计算注意：实际工程程中，上上述方法法计算出出来的联联系梁弯弯矩往往往过大，，配筋过过多，可可以对梁梁弯矩进进行塑性调幅幅。方法是是降低连梁梁刚度。连梁刚度度大，弯弯矩反而而大，不不利于其其承载。。为了保保证连梁梁的强度度，我们们应该减减小连梁梁的尺寸寸，而不不应该加加大其尺尺寸。第二节框剪结构构内力计计算将约束弯弯矩连续续化，则则第i个梁端单单位高度度上约束束弯矩为为：当同一层层有n个刚结结结点时候候（与墙墙肢相交交的结点点），总总连杆约约束弯矩矩为：连杆总约约束刚度度第二节框剪结构构内力计计算假定框架架从底层层到顶层层层高以以及杆件件截面都都不变，，沿着高高度连杆杆约束刚刚度为常常数。从从而梁端端转角为为时时候梁端端约束弯弯矩：当实际结结构中各各层不同同时，取取各层约约束刚度度加权平平均值为为连梁约约束刚度度第二节框剪结构构内力计计算刚接体系系的微分分方程与与铰接体体系所对对应的微微分方程程完全相相同，因因此铰接接体系微微分方程程的的解解此处也也适用。。刚接体系系的微分分方程第二节框剪结构构内力计计算连梁线性性约束弯弯矩在总总剪力墙墙高度的的截面处处产生的的弯矩为为：产生此弯弯矩所对对应的剪剪力和荷荷载分别别为：第二节框剪结构构内力计计算总剪力墙墙内力与与弯曲变变形的关关系第二节框剪结构构内力计计算整理后可可得：同铰接体体系，引引入记号号：第二节框剪结构构内力计计算则方程可可化为：：上式即为为刚接体体系的微微分方程程，此式式与铰接接体系所所对应的的微分方方程完全全相同，，因此，，铰接体体系微分分方程的的的解和和图表在在此处也也适用。。第二节框剪结构构内力计计算和铰接体体系的区区别：第二节框剪结构构内力计计算刚接体系系计算步步骤：第三节框框剪结结构内力力、位移移特征刚度特征征值，反映了了框架抗抗侧刚度度（包括括连梁约约束刚度度）与剪剪力墙抗抗弯刚度度的比值值影响。。当＝0时即为纯纯剪力墙墙结构，，当＝∞时即为纯纯框架结结构。第三节框框剪结结构内力力、位移移特征一、位移移曲线<1时时，变形形曲线呈呈弯曲形形>6时时，变形形曲线呈呈剪切形形＝1～～6时，，变形曲曲线呈弯弯剪型第三节框框剪结结构内力力、位移移特征二、剪力力分配第三节框框剪结结构内力力、位移移特征两者之间间的剪力力分配关关系随框框剪结构构的刚度度特征值值而变，，框剪结结构的刚刚度特征征值很小小时，剪剪力墙承承担大部部分剪力力，框剪剪结构的的刚度特特征值很很大时候候，框架架承担大大部分剪剪力。框架与剪剪力墙间间剪力分分配在各各层不相相同。剪剪力墙