框架-剪力墙结构设计

1、u从框架剪力墙结构的变形曲线上看从框架剪力墙结构的变形曲线上看：下部：剪力墙变形增加了，框架变形减小了，剪力墙承担更多的剪力；上部：剪力墙变形较小了，框架变形增大了，框架承担更多的剪力。u框架剪力墙层间变形框架剪力墙层间变形：上部小于纯剪力墙结构；下部小于纯框架结构。框架剪力墙框架-剪力墙变形特点荷载分配剪力分布n有限元法，借助计算机进行求解。剪力墙简化为带刚域平面框架。可考虑结构的杆件的轴向、弯曲和剪切变形影响，建立在平面结构假定的基础上，计算结果比较准确；n简化计算方法，手算求解，是一种比较实用的近似计算方法。在大多数比较规则的结构中应用此方法。但此方法忽略柱轴向变形，在高度较大的高层建筑

2、中计算有误差。近似方法把所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架，协同工作计算主要解决荷载在总剪力墙和总框架之间的分配，得到总剪力墙和总框架的总内力，并计算侧向位移。铰接体系计算简图刚接体系计算简图框架-剪力墙结构在水平荷载作用下，外荷载由框架和剪力墙共同承担。外力在框架和剪力墙之间的分配由协同工作计算确定。协同工作计算采用连续连杆法。建立坐标系：坐标原点取在剪力墙底部，向上为轴正向，向右为轴正向。在图示的框架剪力墙结构计算简图中，将连杆切断后，在各楼层标高处框架和剪力墙之间存在相互作用的集中力Pfi。取出总剪力墙作为隔离体，总剪力墙上作用有外荷载P及框架和剪力墙之间的相互作用力Pfi

3、。EwI neqEI 总剪力墙中剪力墙数量单片剪力墙的等效抗弯刚度n总框架刚度计算n总框架的剪切刚度Cf为使总框架在楼层间产生单位剪切变形时所需要的水平剪力。fC h DhjD 当总框架各层抗侧刚度及总剪力墙各层等效抗弯刚度沿结构高度有变化，且变化不大时，可采用加权平均的方法计算总刚度。D框架抗推刚度wEI44dxyd)(xp)(xpf 由剪切刚度Cf的定义可知， Cf为使总框架在楼层处产生单位剪切变形时所需的水平剪力。当总框架的剪切变形为q =dy/dx时，总框架层间剪力为fV fCqfCdxdy dxdVf)(xpf 则有)(xpffC22dxyd 将)(xpf代入 则有， wEI44dx

4、ydfC22dxyd)(xp 上式两端同时除以wEI ： 44dxydwfEIC22dxydwEIxp)( 引入无量纲量及结构的刚度特征值： Hx HwfEIC 方程 变为 44dyd222dydwEIH4)(p 此方程为四阶常系数非齐次线性微分方程。 通解1y 根据齐次方程的特征方程的根确定通解形式为： 1y 1C 2C A)(shB)(ch 特解2y 特解由外荷载形式确定，采用待定系数法求解。对应于不同的荷载形式，特解分别为： 2yfCqH222 (均布荷载) 2yfCqH623 (倒三角形分布荷载) 2y0 (顶点集中荷载) 确定通解中的系数1C、2C、 A、B 取剪力墙为脱离体，其四个

5、边界条件分别为： a. 当0(即x0)时，结构底部位移 y 0 b. 当0(即x0)时，结构底部转角qddy0 c. 当1(即 xH )时，结构顶部弯矩为零，即22dyd0 d. 当1(即xH )时，结构顶部总剪力 V wV fV P00 )( )(顶部集中荷载（ 倒三角形分布荷载）均布荷载 同理可以确定倒三角形分布荷载和集中荷载作用下的参数。y24wEIqHchsh1()(ch1)(sh2(12) (均布荷载) y24wEIqHchch1)(2sh3sh21 )(sh212162 (倒三角形分布荷载) y33wEIPHchsh()(ch1)(sh (顶部集中荷载) wM wEI22dxyd2

6、HEIw22dyd wV dxdMwwEI33dxyd3HEIw33dyd 将三种荷载作用下剪力墙的位移计算公式代入上两式，便可得到总剪力墙的弯矩wM 和剪力wV 。 总剪力墙的位移y、弯矩wM 和剪力wV 均是和的函数，计算起来比较繁琐，可以将计算公式做成计算图表，设计时直接查用，方便快捷。在查表时需要注意，表中没有直接给出位移及内力，给出的是位移系数Hfy)(、弯矩系数0)(MMw和剪力系数0)(VVw，可以通过下列公式计算出总剪力墙的位移、弯矩和剪力： y Hfy)(Hf wM 0)(MMw0M wV 0)(VVw0V 式中 Hf剪力墙单独承受水平荷载时，在剪力墙顶点产生的位移，三种荷载

7、作用下的位移计算公式分别为： Hf81wEIqH4 均布荷载 Hf12011wEIqH4 倒三角形分布荷载 Hf31wEIPH3 顶点集中荷载 0M 水平荷载在剪力墙底部产生的总弯矩，对应于三种荷载分别为 22qH、32qH和PH ； 0V 水平荷载在剪力墙底部产生的总剪力，对应于三种荷载分别为 qH、2qH和P。 n总框架剪力计算 将总剪力减去总剪力墙的剪力就得到总框架的剪力。 fV )(pV)(wV 总框架的剪力也可以通过下式计算： fV fCqHCfddy 刚接体系计算简图在框架剪力墙刚接体系中，将连杆切开，连杆中除轴向力外，还有剪力和弯矩。将连杆的剪力和弯矩对墙肢截面形心取矩，就得到对

8、墙肢的约束弯矩iM 。连杆轴向力fiP 和约束弯矩iM 都是作用在楼层处的集中力，将其在层高内连续化得到分布力)(xpf和)(xm。将外荷载也化为分布力)(xp。取剪力墙为隔离体进行求解，剪力墙上作用有外荷载)(xp以及连杆传递过来的荷载)(xm和)(xpf。 n刚接连杆杆端约束弯矩 在刚接体系中，形成刚接连杆的连梁有两种：连接墙肢与框架的连梁和连接墙肢与墙肢的连梁。这两种连梁都可以简化为带刚域的梁，刚域长度可以按壁式框架中刚域长度计算方法确定。n建立微分方程及求解建立坐标系：坐标原点取在剪力墙底部，向上为x轴正向，向右为y轴正向。在刚接体系中，连梁的约束弯矩在总剪力墙x高度截面处产生的弯矩为

9、mV dxdMmmni 1hmabi)(xqni 1hmabidxdy )(xpmdxdVmni 1hmabi22dxyd 取总剪力墙作为隔离体，其内力与弯曲变形之间的关系如下： wEI44dxyd)(xp)(xpf)(xpm 在铰接体系中，已经给出)(xpf为： )(xpffC22dxyd 将)(xpf和)(xpm代入式 ，则有 wEI44dxyd(fC +ni 1hmabi)22dxyd)(xp 此方程即为刚接体系的微分方程。此式与铰接体系的微分方程在形式上相同，因此，铰接体系微分方程的解及内力计算的相关图表都要可以用于刚接体系，但应用时需要注意下列问题：n刚接体系和铰接体系刚度特征值的计

10、算公式不同，刚接体系中与连梁刚度有关；n在铰接体系中，通过图表可以直接给出总剪力墙分配到的剪力Vw，但在刚接体系中给出的是Vw= Vw-m需要转换才能得到总剪力墙分配到的剪力VwwwfWbfEICCHWfEICH 由和查图表可以确定总剪力墙分配到的弯矩wM 和wV 计算fV 。fVpVwV 计算总框架和总连梁的剪力。根据总框架的抗推刚度和总连梁的约束刚度按比例分配。 fV mffCCCfV mmfmCCCfV 计算总剪力墙分配到的剪力wV wV wVm backback总框架的剪力fV应按各柱的抗侧刚度D分配到各柱。严格说，应当取各柱反弯点位置处的坐标计算fV，但计算太繁琐，在近似计算方法中也

11、无必要。因此，可近似求出各层柱中点处剪力作为反弯点处的剪力。 计算时， 可以按楼板标高处的坐标计算fV，取上下层楼板标高处的剪力的平均值在各柱中分配，就可以得到各柱中点处的剪力。因此，第i层第 j 个柱子分配到的剪力为 cijVklljDD121fifiVV 式中 k 总框架中第i层柱子数量。 backbackn结构的侧移特征n结构的内力分配特征n结构的水平荷载分配特征n结构的侧移特征backn结构的内力分配特征水平剪力在总剪力墙和总框架之间的分配受刚度特征值的影响较大。当较小时，总剪力墙承担大部分剪力，0时，总剪力墙承担全部剪力。当很大时，总框架承担了大部分剪力，当时，全部剪力由总框架承担。

12、在结构底部，总框架承担的剪力为零；在结构顶部总的水平剪力为零，但总框架和总剪力墙的剪力不等于零，而是数值相等，方向相反。框架剪力墙结构中，框架的剪力最大值在结构的中部楼层。随着的增大，最大剪力层向下移动。框剪结构剪力分配backn结构的水平荷载分配特征剪力墙下部承受的荷载大于外荷载，上部荷载逐渐减小，顶部作用有反向的集中力。框架下部作用有负荷载，上部变为正荷载，顶部有正集中力。backu框架部分抗震等级、房屋适用高度和高宽比的调整抗震设计时，地震引起的对房屋的倾覆力矩由框架和剪力墙两部分共同承担。若由框架承担的部分大于总倾覆力矩(基本振型作用)的50%以上时，说明框架部分已居于较主要的地位，应

13、加强其抗震能力的储备。具体要求是：按框架结构的要求确定其抗震等级；轴压比也按纯框架结构的规定来限制。至于适用高度和高宽比则可取框架结构和剪力墙结构两者之间的值，视框架部分承担总倾覆力矩的百分比而定，当框架部分承担的百分比接近于0时，取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比，当框架部分承担的百分比接近于100%时，取接近框架结构的适用高度和高宽比。u框架总剪力的调整抗震设计的框架剪力墙结构中，框架部分承担的地震剪力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0.2V0和1.5Vfmax二者的较小值采用。各层框架所承担的地震总剪力按调整后，应按调整前、后总剪力的比值调

14、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。按振型分解反应谱法计算地震作用时，的调整可在振型组合之后进行。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框架总剪力应符合下列规定：u框架剪力墙结构中，框架梁、柱的截面设计按框架结构中的相关规定进行，剪力墙的截面设计按剪力墙结构中的相关规定进行。n构造要求u剪力墙分布钢筋和拉筋u剪力墙竖向和水平分布钢筋配筋率u抗震设计时均不应小于0.25%，非抗震设计时均不应小于0.20%，并应至少双排配置。u拉筋u各排分布钢筋之间应设置拉筋。拉筋直径不应小于6，间距不应大于600。u这些规定是剪力墙设计的最基本构造要求，使剪力墙具有了最低限度的强度和延性保证。实际工程中，应根据实际情况确定不低于该项要求的、适当的构造设计。该项是强制性条文，应特别注意。u带边框剪力墙的构造要求-P151u边框剪力墙的截面厚度应符合有关规定：u剪力墙的水平钢筋u带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同。u与剪力墙重合的框架梁u 边框柱u 剪力墙截面宜按工字形设计，其端部纵向受力钢筋应配置在边框柱截面内。1、框剪结构中剪力墙布置多少比较合理？请全面分析应考虑的因素。为什么说并不是剪力墙越多越好？2、