B框架剪力墙框架剪力墙结构的近似计算方法与设计概念

5.3剪力墙结构的近似计算方法,一、剪力墙的结构布置,二、剪力墙的类型,三、剪力墙的内力计算,一、剪力墙的结构布置,剪力墙的平面布置,剪力墙的竖向布置,剪力墙的间距,剪力墙的延性,平面内、外刚度,1,2,3,4,5,5.3剪力墙结构的近似计算方法,二、剪力墙的类型,5.3剪力墙结构的近似计算方法,根据理论分析和试验研究，剪力墙的受力特性与变形状态取决于剪力墙的开洞情况。根据洞口的大小、形状和位置，将剪力墙分为4类：,整体墙,小开口整体墙,联肢墙,壁式框架,三、各类剪力墙的内力计算,整体剪力墙,小开口整体墙,联肢剪力墙,壁式框架,1,2,3,4,剪力墙的分类判别式,5,5.3剪力墙结构的近似计算方法,总原则：1)应沿结构主要轴线方向布置,矩形、T形、L形平面,纵横两个方向布置,三角形、Y形平面,三边方向布置,多边形、圆形、弧形,径向和环向布置,剪力墙的平面布置,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,总原则：2)应尽量规则、拉通、对直,墙体错开或转折时的情况,剪力墙的平面布置,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,总原则：尽量避免剪力墙抗侧刚度突变,宜从下至上连续布置；不宜突然取消,可沿高度逐渐减少墙厚、混凝土等级,顶层大开间时，顶层剪力墙应加强,1,2,3,剪力墙的竖向布置,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,间距大,使用灵活、节约材料、充分发挥剪力墙承载力、自重小、楼面设计困难,间距小,使用不便、耗费材料、不能充分发挥剪力墙承载力、自重大、楼面设计容易,剪力墙的间距,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,分类,大开间剪力墙,小开间剪力墙,间距68m，底层墙截面积在楼面面积的7%以内,间距33.6m，底层墙截面积为楼面面积的810%,剪力墙的间距,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,总原则：剪力墙应设计为易于发生弯曲破坏的延性剪力墙，避免发生脆性的剪切破坏。,构造措施：剪力墙每个墙段的长度不宜大于8m，高宽比不应小于2。,剪力墙的延性,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,剪力墙特点：平面内刚度大，平面外刚度小。,实际受力情况：当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外的弯矩。,影响：由于实际设计时，通常并不考虑剪力墙平面外的刚度，因此上述情况将对剪力墙的受力产生不利影响，在设计中应尽量控制剪力墙平面外的弯矩。,平面内、外的刚度,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,构造措施：1、沿梁轴线方向设置剪力墙，抵抗墙肢平面外弯矩；2、不能采用措施1时，宜在墙、梁相交处设置扶壁柱，并计算扶壁柱截面、配筋；3、当不能采用措施1、2时，应在梁相交处设置暗柱，并计算暗柱截面、配筋；4、必要时，剪力墙内可设置型钢。,一、剪力墙的结构布置,5.3剪力墙结构的近似计算方法,无洞口的剪力墙；或有洞口的剪力墙，但洞口面积小于16%，且洞口至墙边、洞口间的净距大于洞口长边尺寸时，可忽略洞口的影响。,内力计算方法：截面应力满足平截面假设，可采用相应的材料力学的计算方法进行。,整体剪力墙,二、剪力墙的类型,5.3剪力墙结构的近似计算方法,洞口面积较整体墙稍大，超过墙体面积的15%,内力计算方法：截面应力已经不能满足平截面假设，而是相当于整体弯矩与局部弯矩的叠加。为方便计算，仍采用材料力学的方法进行计算，并进行局部的修正。一般可将总力矩的85%按材料力学的方法计算，将总力矩的15%按墙肢的刚度进行分配。,小开口整体墙,二、剪力墙的类型,5.3剪力墙结构的近似计算方法,剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口，由于洞口面积较大，剪力墙的整体性已被破坏。此时剪力墙已经成为由一系列连梁约束的墙肢所组成的连肢墙。,内力计算方法：将连梁沿高度方向进行连续化处理，列微分方程求解，即所谓的连续化方法。,联肢墙,二、剪力墙的类型,5.3剪力墙结构的近似计算方法,剪力墙的洞口尺寸较大，墙肢宽度较小，连梁的线刚度接近墙肢的线刚度。此时，剪力墙的受力性能已经接近于框架了。,内力计算方法：将剪力墙视为带刚域的框架结构，用D值法进行计算。,壁式框架,二、剪力墙的类型,5.3剪力墙结构的近似计算方法,在水平荷载作用下，整体墙可简化为一个悬臂梁的受力模型：内力计算问题可直接采用材料力学相关章节的方法；位移计算时，由于需要用到刚度，对于有小洞口存在的整体墙，需要考虑洞口对墙体刚度的削弱。具体而言需要对截面面积和截面惯性矩进行修正，具体如下：,整体剪力墙计算,1,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,截面面积修正：,A：剪力墙截面毛面积,A0：剪力墙立面总墙面面积,Ad：剪力墙立面总洞口面积,Aw：无洞口剪力墙面积，有洞口剪力墙折算面积,整体剪力墙计算,1,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,截面惯性矩修正：,Jwi：剪力墙沿竖向各段的截面惯性矩,hi：剪力墙各段相应的高度,Jw：剪力墙组合截面惯性矩,整体剪力墙计算,1,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,位移计算：,：剪力墙顶点位移,V0：底部截面剪力,：剪力不均匀系数,EJd：等效刚度,整体剪力墙计算,1,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,：剪力不均匀系数,整体剪力墙计算,1,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,小开口整体墙计算,1）内力计算弯矩计算,试验研究表明，小开口整体墙在水平荷载作用下，整体剪力墙即要绕组合截面的形心轴产生整体弯曲变形，各墙肢还要绕各自截面的形心轴产生局部弯曲变形，并在各墙肢产生相应的整体弯曲应力和局部弯曲应力。相比之下，整体弯曲变形是主要的，而局部弯曲变形是次要的，它不超过整体弯曲变形的15%。,2,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,小开口整体墙计算,2,1）内力计算弯矩计算,外荷载产生的总弯矩,产生整体弯曲变形时的外弯矩,产生局部弯曲变形时的外弯矩,k：整体弯矩系数。试验表明，整体小开口墙中的局部弯矩不超过整体弯矩的15%，可近似取k=0.85。,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,小开口整体墙计算,2,1）内力计算弯矩计算,第i墙肢在z高度处的总弯矩,第i墙肢在z高度处的整体弯矩,第i墙肢在z高度处的局部弯矩,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,第i墙肢受到的总弯矩为：,第i墙肢受到的局部弯曲的弯矩为：,第i墙肢受到的整体弯曲的弯矩为：,Ji：墙肢i对其自身形心轴的惯性矩,J：剪力墙对组合截面形心轴的惯性矩,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,1）内力计算剪力计算,试验研究表明，各墙肢剪力的分配与墙肢的截面积和惯性矩有关。当墙肢较窄时，剪力基本上是按照惯性矩的大小分配；当墙肢较宽时，剪力基本上是按照墙肢的截面积进行分配。为计算方便，在实际的整体小开口墙的计算中，近似的取两者的平均值进行计算。,小开口整体墙计算,2,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,由理论分析可知，各墙肢横截面上的轴向力由整体弯曲正应力来合成，局部弯曲在墙肢中不产生轴向力。,yi：第i个墙肢横截面形心到组合截面形心之间的距离,小开口整体墙计算,2,1）内力计算轴力计算,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,小开口整体墙的侧移可按材料力学公式计算，但由于洞口的存在使墙的整体抗弯刚度减弱，可将材料力学公式计算出的侧移增大20%。,小开口整体墙计算,2,2）位移计算,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,联肢墙计算,1）计算假定,a、连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替；b、各墙肢的刚度相差不过分悬殊，因而变形曲线相似；c、连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形，墙肢还应考虑轴向变形的影响。,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,1）内力计算,步骤一,计算几何参数,连梁折算惯性矩,联肢墙计算,3,首先出墙肢，连梁，,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,多肢墙中有k个连梁，每个连梁的刚度用下式计算：,ai第i列连梁计算跨度之半,ci第i和i+1墙肢轴线距离之半,1）内力计算,步骤一,计算几何参数,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,连梁与墙肢刚度比,1）内力计算,步骤一,计算几何参数,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,墙肢轴向变形影响系数T,整体系数,1）内力计算,步骤一,计算几何参数,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,剪力影响系数,i第i墙肢截面剪应力不均匀系数,当墙的H/B不小于4时，可取为0。,1）内力计算,步骤一,计算几何参数,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,步骤二,计算墙肢等效刚度,1）内力计算,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,多肢墙连梁约束弯矩分配系数,步骤三,连梁内力计算,1）内力计算,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,i层连梁约束弯矩：,i层第j个连梁剪力：,i层第j个连梁弯矩：,步骤三,连梁内力计算,1）内力计算,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,i层第1墙肢：,i层第j墙肢：,i层第k墙肢：,步骤四,墙肢轴力计算,1）内力计算,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,i层第j墙肢弯矩：,i层第j墙肢剪力：,步骤五,墙肢弯矩、剪力计算,1）内力计算,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,2）顶点位移计算,：剪力墙顶点位移,V0：底部截面剪力,EJd：等效刚度,联肢墙计算,3,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,壁式框架计算,壁式框架是一种开洞较大的剪力墙结构，其受力性能介于框架结构和剪力墙结构之间。壁式框架由于其洞口较大，其剪力墙的受力性质已经接近框架结构受力，但由于其墙肢宽度和连梁高度较大，相交部分不能简化为一个节点，而形成有较大尺寸的节点区，梁柱进入节点区后，形成弯曲刚度无限大的刚域。,4,（带刚域框架）,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,剪力墙的分类判别式,1）准则之一：按整体性分类,式中Di为连梁刚度，Ji为剪力墙墙肢的刚度，因此整体形系数反映了连梁和墙肢的刚度比,连梁刚度大，墙肢刚度小时，结构整体性好；连梁刚度小，墙肢刚度大时，结构整体性差。,5,三、各类剪力墙的内力计算,5.3剪力墙结构的近似计算方法,2）准则之二：按剪力墙墙肢惯性矩比值分类,越大，出现反弯点的层数就越多,根据理论分析和试验研究，给出了一个限值，作为划分剪力墙类别的第二准则。,Ji墙肢i对其自身形心