高层建筑混凝土结构设计-框架剪力墙.ppt

高层建筑混凝土结构设计 第4章 框架剪力墙结构设计 1 在框架-剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件。设计时应 在两个主轴方向都布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。否则，将会 造成两个主轴方向的抗侧刚度相差悬殊，无剪力墙的一个方向刚度 不足且带有纯框架的性质，与有剪力墙的另一向不协调，也容易造 成结构整体扭转。 在框架-剪力墙结构中,梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框 架梁、柱中心线之间有偏离时，应符合第5章的有关规定。 框架-剪力墙结构中框架的布置要求同第5章框架结构的有关规 定。 框架-剪力墙结构中剪力墙的布置原则：均匀、对称、分散、 周边及在薄弱环节处设置剪力墙。 7.1框架-剪力墙结构布置 2 （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 形等形式（见下图）； 框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求： （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。 3 剪力墙的最大间距宜满足下表的要求： 7.2 构件截面尺寸估算 一、二级的底部加强区 1/16层高，且200mm 其他 1/20层高 且160mm 1.剪力墙的厚度 主要应满足剪力墙承载力及平面外稳定的要求（剪力墙厚度对变形 的影响较小）。 剪力墙的厚度是否满足承载力的要求，只能根据最终的设计计算结 果检验。 为防止剪力墙平面外失稳，带边框剪力墙的最小厚度应满足 4 框架-剪力墙结构，当框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力 矩50%时，其框架部分的抗震等级应按纯框架结构采用，轴压比限值应按纯框 架结构的规定采用。 2. 梁、柱截面及混凝土强度等级 框架-剪力墙结构中框架梁的截面估算方法与框架结构完全相同； 框架柱截面的估算方法亦与框架结构相同，仅轴压比限值不同，轴压比 限值见下表： 框架、剪力墙混凝土强度等级等要求，分别同第5章、第6章相应的要求。 轴压比限值 5 7.3 框架-剪力墙结构的内力及位移计算 一、竖向荷载作用下的内力计算 框架的内力计算同第5章 剪力墙的内力计算同第6章 二、水平荷载作用下的内力及位移计算协同工作法 1.基本假定 1）将所有框架合并为总框架，所有剪力墙合并为总剪力墙。总框架、总 剪力墙的刚度分别为各单个结构刚度之和，且沿竖向均匀分布（当刚度 沿竖向有变化时，取其加权平均值）。 2）在同一楼层上，总框架和总剪力墙的水平位移相同。（条件是合力中心 与刚度中心重合，否则，应考虑扭转。） 3）将连梁简化为沿高度均匀分布的连续弹性薄片，反弯点在跨中。 6 2.计算简图 7 3.内力及位移计算 说明：因为弯矩正向定义与 材料力学不同，所以公式中 的正负号与材料力学中的相 反。 根据M、V、p的微分关系 对总剪力墙则有： 8 式中： 刚度特征值反映总框架与总剪力墙的刚度比。 将不同的水平荷载（均布、倒三角、顶部集中力）代入上式，并求解微分 方程，可得出位移曲线方程如下： 为了将pf用变形曲线函数y(x)表达,应先给出总框架的剪切刚度Cf ，即总框架产 生单位转角所需之力。 9 均布荷载作用： 为了将上式制成图表以方便使用，需将以上各式化成无量纲形式， 根据上式制成的图，即教材中的图7.11图7.13。 10 11 12 13 倒三角形荷载或顶部集中荷载作用下，公式推导过程同上，此处从略。 4.计算步骤 （1）计算总剪力墙、总框架刚度 （2）由及楼层相对标高（=x/H），并根据水平荷载形式查位移及内力系 数，然后分别乘以 ，即可得到总剪力墙的位移及内力。 （3）根据各片剪力墙的等效刚度，将总剪力墙的内力分配给各片剪力墙； 总框架的剪力可由下式确定 每根框架柱的剪力为 ，其余计算同D值法。 14 已知：如图所示框架剪力墙结构，承受均布荷载q=150kN/m，刚度特征值 =2.5，求底层、5层、8层、10层处总剪力墙的Mw及Vw和总框架的Vf，并 给出内力(Mw 、 Vw 、 Vf)的分布图。 15 层号 标高 10 8 5 0 30 24 15 0 1 0.8 0.5 0 0 -0.056 -0.0125 0.53 0 -3780 -844 35775 -0.232 -0.055 0.203 1 -1044 -248 914 4500 1044 1148 1336 0 16 17 5.框架剪力墙刚结体系 前面给出的计算方法中，总框架与总剪力墙之间没有连梁，二者之间是 用楼板相连的，无约束弯矩，我们称这种体系为框架剪力墙铰接体系。 下图所示框架剪力墙中，有连梁直接与剪力墙相连，连梁将对剪力墙产 生约束弯矩，我们称这种情况为框架剪力墙刚结体系。 结构平面图 刚结体系计算简图 18 结构平面图 刚结体系 铰接体系 19 20 21 刚结体系的计算方法与铰接体系的计算方法基本相同，仅刚度特征值及总 框架剪力的计算有变化（具体公式推导从略）。 1）刚度特征值 其中，n为同一层内连梁与墙肢相交的结点数。n个结点的统计方法是： 每根两端刚域连梁有2个结点，mij是指m12及m21；一端刚域的连梁只有一个 结点，mij是指m12 式中 2）总框架广义剪力 总框架的剪力为 总连梁的约束弯矩为 总剪力墙的剪力为 （ 为按铰接体系求出的剪力墙剪力） 22 每根连梁的约束弯矩 其余计算方法同铰接体系。 23 6.刚度特征值与内力、位移的关系 1）与剪力分布的关系 当很小时，剪力墙承担大部分剪力，当=0时，即为纯剪力墙结构； 当很大时，框架承担大部分剪力，当=时，即为纯框架结构； 在16之间时，在顶部框架与剪力墙的剪力均不为零（但二者之和为零）， 在底部，剪力墙承担全部剪力，框架剪力为零（这是由近似计算造成的，实 际框架会受一定剪力）。 （注意：纯框架结构剪力分布下大上小、顶部为零，控制截面在底部；框架-剪力 墙中的框架，剪力最大值发生在中部附近，大约在=0.30.6之间，随着增大 ，向下移动。） 24 当1时，变形曲线为弯曲型（层间位移上大下小）； 当6时，变形曲线为剪切型（层间位移上小下大）； 当=16之间时，变形曲线介于弯曲型和剪切型之间，下部略呈弯曲型， 上部略呈剪切型，称为弯剪型。 2）与位移曲线的关系 25 从图中可见，当2.4时，框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾 覆力矩的50%，说明剪力墙数量偏少，其框架部分的抗震等级应按纯框架结构 采用，轴压比限值应按纯框架结构的规定采用。 另外，剪力墙也不必布置得过多，宜使1.15，否则，框架承受的剪力 将过小，不能充份发挥作用。 由此可见，最佳范围为2.41.15，。当然，不在最佳范围之内也是 可行的。 3）的最佳范围 26 7.4 截面设计要点及构造要求 框架剪力墙的截面设计及构造要求基本上与第5章框架结构、第6章剪 力墙结构相同，以下仅介绍一些不同之处。 一、框架总剪力的调整 抗震设计时： 1.当Vf0.2V0时，其框架总剪力不必调整； 2.当Vf0.2V0时，其框架总剪力应按0.2V0和1.5Vfmax二者的较小值采用。 二、构造要求 框架剪力墙结构中，剪力墙竖向和水平分布钢筋的配