第6章_高层建筑结构设计_框架-剪力墙结构设计

1、高层建筑结构设计高层建筑结构设计 （电子教案）（电子教案）高等教育出版社高等教育出版社第第6 6章章框架剪力墙结构设计框架剪力墙结构设计本章内容本章内容 框架剪力墙结构概念设计框架剪力墙结构概念设计 框架剪力墙结构内力和位移的简框架剪力墙结构内力和位移的简化近似计算化近似计算 框架剪力墙结构内力和位移的计框架剪力墙结构内力和位移的计算机计算算机计算 框架剪力墙结构截面设计及构造框架剪力墙结构截面设计及构造6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计一、框架一、框架剪力墙结构变形、受力特点剪力墙结构变形、受力特点 框架框架剪力墙结构简称框剪结构，是由框架结构和剪力剪力墙结构简称框

2、剪结构，是由框架结构和剪力墙结构两种不同的抗侧力体系组成的新型受力体系墙结构两种不同的抗侧力体系组成的新型受力体系。纯框架结构变形特征在纯框架体系中，框架变形以以剪剪切切型型变变形形为为主主。剪切型变形特征：下部楼层位移较大，上部楼层位移较小。纯剪力墙结构变形特征在纯剪力墙体系中，剪力墙变形以以弯弯曲曲型型变变形形为为主主。弯曲型变形特征：下部楼层位移较小，上部楼层位移较大。框架、剪力墙结构变形特征框剪结构变形及受力特征框剪结构变形特征当框架和剪力墙通过楼板连系在一起时，由于楼楼板板平平面面内内刚刚度度的的无无限限大大，迫使框架和剪力墙在同一楼层处具有相同的水平位移。在下部楼层，剪力墙拉着框架

3、按弯曲型曲线变形，剪力墙承担了大部分水平力；在上部楼层，框架拉剪力墙按剪切型曲线变型。框剪结构受力特征框架除了承担外荷载产生的水平力外，还要承担将剪力墙拉回来的附加水平力，因此，即即使使上上部部楼楼层层外外荷荷载载产产生生的的楼楼层层剪剪力力较较小小，框框架架中中也也出出现现了了相相当当大大的的水水平平剪剪力力。6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计二、框架剪力墙结构方案的选定二、框架剪力墙结构方案的选定 . .框架剪力墙结构布置框架剪力墙结构布置 内容：结构平面布置、结构竖向布置及楼盖结构布置。内容：结构平面布置、结构

4、竖向布置及楼盖结构布置。 结构布置原则尚有如下特殊的要求：结构布置原则尚有如下特殊的要求：（1 1）当房屋高度超过50m时，楼盖结构应采用现浇楼盖结构；房屋高度不超过50m，8、9度抗震设计的框架剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构，6、7度抗震设计的框架剪墙结构可采用装配整体式楼盖。（2）框架剪力墙组合布置方式:6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计(3) 框剪结构应设计成双向抗侧力体系，且在抗震设计， 结构两主轴方向均应布置剪力墙，并使结构各主轴方向的侧向刚度接近。(4) 主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接，梁与柱 或柱与剪力墙的中线宜重合。 剪力墙布置须满足本书第2.

5、3.5中第小节对框架剪力 墙结构体系的相关要求。对长矩形平面或平面有一方向较长时（L或T形平面）， 需对横向剪力墙间距的最大值作出限制,其值须满足附表8.9的要求。纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。(5)板柱剪力墙结构的布置要求比框架剪力墙结构更严格。6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计2.2.剪力墙合理数量剪力墙合理数量 剪力墙太多，结构不经济；剪力墙太多，结构不经济； 结构自振周期随剪力墙数结构自振周期随剪力墙数 量的增加而减少，从而使量的增加而减少，从而使 得结构周期与场地周期接得结构周期与场地周期接 近，引起共振。近，引起共振。 框剪结构中的剪力墙框剪结构中

6、的剪力墙部分能有效地控制侧移，部分能有效地控制侧移，并能避免填充墙等非结并能避免填充墙等非结构构件发生破坏。但为构构件发生破坏。但为什么并非剪力墙的数量什么并非剪力墙的数量越多越好呢？越多越好呢？6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计剪力墙数量的确定剪力墙数量的确定（1 1）方案阶段）方案阶段在实际工程中，剪力墙间距较附表8.9中规定的最大值要小，一般情况下，以B及30m左右为宜。剪力墙应设计成高宽比大于的细高剪力墙。墙肢的长度不宜大于。（2 2）初步尺寸阶段）初步尺寸阶段 底层构件截面面积与楼面面积之比应符合下表要求：底层构件截面面积与楼面面积之比应符合下表要求：6.1

7、 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计 轴压比轴压比 抗震设计时，为保证框架柱及剪力墙的延性，必须对抗震设计时，为保证框架柱及剪力墙的延性，必须对它们所承受的轴力作一定限制。它们所承受的轴力作一定限制。 轴压比是指轴压力设计值与柱（剪力墙）全截面面积轴压比是指轴压力设计值与柱（剪力墙）全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。（3 3）计算复核阶段计算复核阶段自振周期自振周期 自振周期是对结构刚度特征的综合反映。自振周期是对结构刚度特征的综合反映。 根据大量的工程统计表明，结构布置合理的框架剪力墙结构的自振周期为： T（0.060.0

8、8）n式中，n结构总层数。6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计轴压力设计值的取值：轴压力设计值的取值：柱柱考虑地震作用组合的轴压力设计值；考虑地震作用组合的轴压力设计值；剪力墙剪力墙重力荷载代表值作用下墙肢的轴向压力设计值。重力荷载代表值作用下墙肢的轴向压力设计值。剪力墙轴压比限值剪力墙轴压比限值柱轴压比限值柱轴压比限值 6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计3.3.剪力墙最小厚度剪力墙最小厚度 最小厚度的取值应符合如下要求：最小厚度的取值应符合如下要求：剪力墙最小厚度应满足5.1.3中关于剪力墙的最小截面 尺寸要求的规定。(1) 在某些特殊情况下

9、，剪力墙厚度无法满足以上要求时，须按高层建筑混凝土结构技术规程附录的要求计算墙体稳定性。 大量的实际工程表明，剪力墙的最小厚度一般均能满足。大量的实际工程表明，剪力墙的最小厚度一般均能满足。结构侧移结构侧移 结构侧移大小是高层建筑结构刚度的一个反映，也结构侧移大小是高层建筑结构刚度的一个反映，也是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。 楼层层间最大位移与层高之比的限值详见于3.4节。6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计 三、构件截面尺寸估算及材料强度等级选定三、构件截面尺寸估算及材料强度等级选定 抗震设计的框架剪力墙结构，应根

10、据在规定的水平抗震设计的框架剪力墙结构，应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值，确定相应的设计方法，并应符总地震倾覆力矩的比值，确定相应的设计方法，并应符合下列要求：合下列要求： (1)当比值不大于10%时，按剪力墙结构设计，框架部分应符合框架剪力墙结构的框架进行设计。 (2)当比值大于10%，但不大于50%时，按框架剪力墙结构的规定进行设计。 (3)当比值大于50%，但不大于80%时，按框架剪力墙结构设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加。 (4)当比值大于80%时，按框架剪力墙结构设计，但其最

11、大适用高度宜按框架结构采用。6.1 6.1 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计1.1.构件截面尺寸估算构件截面尺寸估算 框架梁、柱、节点等的截面尺寸估算与框架结构相同，可按4.1.3的有关规定进行。2.2.材料强度等级的选定材料强度等级的选定 现浇框架梁、柱及节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级设计时，不应低于C30，二四级和非抗震设计时，不应低于C20。 现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40。 框架柱的混凝土强度等级,抗震设防烈度为度时不宜大 于，抗震设防烈度为度时，不宜大于C70。 剪力墙结构混凝土强度等级不应低于，有短肢的剪力墙结构的混凝土强度等级不应C25。6.1 6.1

12、 框架框架剪力墙结构概念设计剪力墙结构概念设计四、设计计算主要步骤及程序框图四、设计计算主要步骤及程序框图 主要步骤如下： 1.根据建筑平面进行结构布置,同时满足剪力墙设置部位及其间距要求。 2.初步估算梁、柱及剪力墙等构件的尺寸及选定材料强度 等级; 3.结构计算模型选择及结构内力计算，复核侧移; 4.内力组合及构件截面设计; 5. 对梁柱节点钢筋锚固、搭接、箍筋加密以及剪力墙加强部位钢筋构造进行设计。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 框架剪力墙结构两种计算方法的共同点：框架剪力墙结构两种计算方法的共同点： 1. 1. 基于楼板在平面内刚度无限大的假定；基于楼

13、板在平面内刚度无限大的假定； 2. 2. 基于平面结构的假定；基于平面结构的假定； 3. 3. 解决问题的目标都是解决结构共同工作后，框架与解决问题的目标都是解决结构共同工作后，框架与剪力墙之间的剪力分配。剪力墙之间的剪力分配。 手算近似法的流程：手算近似法的流程： 1. 1.将所有剪力墙合并成总剪力墙，所有框架合并成总将所有剪力墙合并成总剪力墙，所有框架合并成总框架，将框架和剪力墙间的连杆切开后用力法求解框架，将框架和剪力墙间的连杆切开后用力法求解连杆的内力；连杆的内力； 2. 2.根据总剪力墙和总框架的刚度求得各自的水平荷载；根据总剪力墙和总框架的刚度求得各自的水平荷载； 3. 3.根据各

14、片剪力墙的等效抗弯刚度进行内力分配，根根据各片剪力墙的等效抗弯刚度进行内力分配，根据框架柱的水平刚度据框架柱的水平刚度D D进行柱水平剪力分配。进行柱水平剪力分配。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算一、计算简图一、计算简图铰接体系此种结构体系中的框架与剪力墙通过刚性楼板连系，但由于楼板平面外刚度为零，因此在框架剪力墙结构协同工作时，连系两者的连杆可看作是铰接杆。铰接体系在此计算简图中，总剪力墙包含榀剪力墙，总框架包含7榀框架。刚接体系刚接体系此种结构体系中的框架与剪力墙通过连系梁将框架和剪力墙连系，连杆一端与剪力墙刚接，另一端与框架铰接。在此计算图中，总剪力墙中包

15、含榀剪力墙（横向）或4榀剪力墙（纵向），总框架中含有榀框架（横向）或榀框架和根柱（纵向）。 由于结构平面布置的不同，框架与剪力墙连系的方式由于结构平面布置的不同，框架与剪力墙连系的方式可分为：可分为： 刚接体系和铰接体系的根本区别在于连梁对剪力墙墙肢有无约束作用。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算二、水平荷载作用下框架剪力墙结构内力及位移计算二、水平荷载作用下框架剪力墙结构内力及位移计算 在进行结构内力及位移计算前，先作如下基本假定：在进行结构内力及位移计算前，先作如下基本假定：（）楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零；（）结构在水平力作用下不计扭转，即外力合力

16、 作用线通过结构抗侧移刚度中心。（）框架和剪力墙沿高度方向无变化，即它们的 刚度特征值为常数。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算1. 1. 铰接体系的内力和位移计算铰接体系的内力和位移计算铰接体系计算模型铰接体系计算模型(a)铰接体系计算简图铰接体系计算简图(b)连杆切开后受力状态将连杆切开，可得连杆的集中力Fi j。(c)连杆连续化后分布力pF(x)将切开后的集中力F i j连续化为分布力p（x ）。连杆切开后，对剪力墙而言，可视为底部固定的静定悬臂结构，承受外荷载p( x ) 和总对它的弹性反力p( x ) ，对框架而言，它承受了总剪力墙施加于它的弹性力p(

17、x ) 。(d)总剪力墙计算简图总剪力墙计算简图6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 由材料力学可知，悬臂剪力墙内力和变形关系：由材料力学可知，悬臂剪力墙内力和变形关系：443322)()(dxydEIpxpxpdxydEIVdxydEIMwwFwwww。kjjeqwEIEI1)(式中 为总剪力墙抗弯刚度，它 等于各榀剪力墙抗弯刚度的总和， 其值为， 其中， 为第j片剪力墙的等效刚度，k为剪力墙总榀数。 wEIjeqEI )(6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 当框架高度大于50m或H/B4时，考虑到柱轴向变形对 框架侧移的影响，应修正

18、抗侧刚度，具体方法为：FNMMFCC0 式中、分别为只考虑梁柱弯曲变形时框架顶 点侧移和只考虑框架柱的轴向变形时框架的顶点 侧移。 对框架结构而言，楼层总框架的抗侧刚度：jFDhC其中 Dj为单个柱的抗侧刚度，。212hiDcj6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算总框架剪力与抗侧刚度有如下关系：dxdyCVFF将入式变形关系，并令： ， 整理得：HxEICHwF/,/)(422244pEIHdyddydw 式中，为框架剪力墙结构刚度特征值；为相对坐 标；H为建筑物总高；y为结构的侧移。上式的一般解为：14321ychCshCCCy 式中，y是微分方程的特解，由荷载形

19、式p（x）确定；CC为待定系数，由边界条条件确定。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 给定外荷载p(x)的形式，求得相应的待定系数 CC4后，上述一般解式可表示为：)1) 1)()2() 1)(1(6)(121(1)21 ()(2333224432224maxshchchshEIFHshchchshEIqHshchchshshEIHqywww（倒三角形荷载作用）（均布荷载作用）（顶点集中荷载作用）6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 经求解，外荷载下，总框架和总剪力墙的侧移及内力解析式如下：wFwwwVHqVchchshshshHqVs

20、hchchshshHqMshchchshshEIHqy)1 (21)12()21 ()()12()21 ()(6)(121(1)21 ()(2max2max222max32224max倒三角形荷载作用倒三角形荷载作用6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算wFwwwVqHVshchshchqHVshchchshqHMshchchshEIqHy)1 ()()1()(1)1()()2() 1)(1()(222244均布荷载作用均布荷载作用6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算顶点集中力作用顶点集中力作用wFwwVFVshchshchFVshchch

21、shFHMshchchshEIFHy)(1)()()1) 1)()(23336.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 由上述公式可以看出，顶点集中力作用y()，M()，V()及V()中的自变量只有和，故可制成图表，以供设计直接查用，曲线示于图附图8.28.10中。附图8.3附图8.4附图8.2附图8.6附图8.7附图8.5附图8.9附图8.10附图8.86.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 查到曲线上相应值后，由下式即可求得总剪力墙和总框架的内力：)()()()()()()()()(00000wpFHwwwwwwVVVyyyyVVVVMMMM

22、 求得总剪力墙的内力M及V后，各榀剪力墙的内力按等效抗弯刚度进行分配而得到，总框架的总剪力按各榀框架的抗侧移刚度分配给各榀框架，再按各柱的D值分配给各柱。2.2.刚接体系的内力和位移计算刚接体系的内力和位移计算6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算刚接体系计算模型刚接体系计算模型刚接体系与铰接体系的区别在于连系总剪力墙和总框架的连杆对剪力墙墙肢有无约束弯矩作用。刚接体系计算简图刚接体系计算简图在刚接体系中，连杆除承受轴力外，还要承受剪力，将此剪力对墙肢形心取矩，就形成对墙肢的约束弯矩Mi。连杆切开后受力状态连杆切开后受力状态为简化计算，可将连杆的轴力pi和约束弯矩Mi

23、沿墙高度连续化成pi( x ) 和m( x )连杆连续化后结构受力连杆连续化后结构受力根据连杆位置的不同，连杆对剪力墙墙肢的约束有两种情况根据连杆位置的不同，连杆对剪力墙墙肢的约束有两种情况:连杆连系的两端都是墙肢；连杆连系的两端分别为连杆为二端固结。墙肢与框架；连杆为一端固结、另一端铰接。连杆类型6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 连杆对剪力墙墙肢的约束弯矩m(x)可以将连杆化为带刚域的梁后求得： 在实际工程中，房屋层高h及杆件截面是变化的，即m是有改变的，此时，可取各层约束刚度的加权平均值作为连梁的约束刚度。刚域的确定方法：4/4/2211bbbbhalhal

24、两端有刚域的连杆32112)1)(1 (16babalEImm一端有刚域的连杆312)1)(1 (16aalEIm但上述刚度折减系数须根据实际的工程概况做一定的修正。刚域的基本知识已知梁端约束弯矩系数m后，即可求出梁端转角为时梁端约束弯矩为：21211212mMmM将约束弯矩连续化，即将M和M沿全层高h均匀化后，可得在x 高度处第i 个梁端单位高度上约束弯矩mi ( x ) 为：)()(xhmhmxmabiabii当某一层有n个刚性结点时，连梁总约束弯矩：niabiniixhmxmxm11)()()(约束弯矩的求解6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算类似铰接体系，可

25、建立如下微分方程：dxxdmdxydEIdxdVxpxppxmdxydEIxmdxdMVdxydEIMwwFwwwwww)()()()()(443322总框架受力与铰接体系一致，故有：22)(dxydCxpdxdVFFF将上述方程代入微分方程，并令wabiFEIhmCH/ )()(422244pEIHdyddydw整理后得：6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 上述方程与铰接体系的微分方程完全相同，且四个边界条件及外荷载p()两者也都完全相同，因此两者的解亦相同，原来的图表对刚接体系均适应。但有两个不同之处：但有两个不同之处：（1）框架剪力墙结构的刚度特征值计算式不

26、同；（2）内力的表达方式不同，这体现在水平剪力方面： 任意高度处，总剪力墙的剪力V与总框架的剪力V之和应与外荷载下的总剪力V相等，即：wwwwVVVmVmVVVVVmVVpFFwFFpV为铰接体系中图表查得的剪力墙剪力；V为铰接体系中图表查得的框架剪力；V为刚接体系中，总剪力墙的总剪力； 为框架广义剪力。式中FV6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算)/()/(hmChmVmhmCVCVbaiFabiFbaiFFFF（1）由刚接体系的及值，查铰接体系附图8.28.10， 求得y、M、V、V。（2）求出总框架广义剪力（3）按总框架抗侧刚度C和连梁总约束刚度成比例进行分

27、配，得出总框架的总剪力和连梁总约束弯矩，（4）求出总剪力墙剪力V。刚接体系内力计算步骤如下：刚接体系内力计算步骤如下： 3. 3.构件内力计算构件内力计算 (1) (1) 剪力墙的内力剪力墙的内力 剪力墙内力的最大值一般发生在各层底部，因此选择在楼面标高处，求出总剪力墙总剪力及总弯矩后，各榀墙肢内力按等效刚度分配，则第i层第j个墙肢的内力可表达为：6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算式中 k第i层的墙肢总数kjeqiwieqiwijkjeqiwieqiwijEIVEIVEIMEIM11/ (2) (2) 框架梁、柱的内力框架梁、柱的内力 框架结构柱的最大内力在上下部

28、，假定框架柱的反弯点在每层柱中点，求得各楼层水平总剪力V后，按各柱刚度D成比例分配。用各楼层上、下两层楼面柱高处V的平均值作为该层柱中点剪力。故第i层第j个柱的剪力V为：6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算式中 m第i层柱的总数。2,1,1iFiFmjjjeijVVDDV 求得柱剪力后，取楼层及上下各1/2柱作为脱离体，由静 力平衡方法，即可求得框架梁的内力及柱的内力。 (3) (3) 刚接体系连梁的弯矩和剪力刚接体系连梁的弯矩和剪力 6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 STEP1 将层高范围内的约束弯矩集合成连梁的总弯矩，按连梁刚度成

29、比例分配到各连梁：STEP2由各连梁的弯矩值，算出连梁在墙肢边的内力：对连梁弯矩的分配计算式如下：设j层共有n个刚接点，则第i 个结点弯矩为211jjjniiababjiabhhmmmM式中ma分别代表m12或m；hj、hj+ 1第j层和j层的层高；Mji 第j层第i 个刚接点连梁对剪力墙中心处的弯矩。连 系 梁 弯 矩 设 计 值 为 ：lmmmxMxdlxlMMxclxMhh21121221211212连梁弯矩连 系 梁 剪 力 设 计 值 为 ：lMMVlMMVbbbb21122112或 4.4.框架剪力的调整框架剪力的调整 框架剪力墙结构中，剪力墙刚度相对较大，框架部分计算所得的剪力一

30、般都很小。为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力，需对框架承担的水平剪力予以适当的调整。 抗震设计时，框剪结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力须符合： 当V0.2V时，框架总剪力不须调整； 当V0.2V时，楼层剪力V取0.2V和1.5V,中的较小值。 各层框架承担的总剪力按以上原则调整后，应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连连梁的剪力及端部弯矩标准值，框架柱的轴力标准值不调整。6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 5.5.刚度特征值刚度特征值对框剪结构内力和位移特性的影响对框剪结构内力和位移特性的影响6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算

31、内力和位移的简化近似计算 由刚度特征值de定义可以看到： 当框架抗侧度较大，剪力墙抗侧刚度较小时，值大，随着增大，结构性能体现为以框架为主，当时，EI，即相当于纯框架结构； 当剪力墙抗侧刚度加大，框架抗侧刚度较小，值小，随着的减小，结构性能体现为以剪力墙结构为主，当时，C，即相当于纯剪力墙结构。wabiFwFEIhmCHEICH/ )(/或刚度特征值刚度特征值定义为：定义为：因此，值的大小对框剪结构影响较大。 (1) (1) 对侧移的影响对侧移的影响6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 在倒三角形水平荷载、均布力水平荷载和顶点集中力水平荷载作用下，曲线整体走向趋势一

32、致，只有具体大小有差异。不同时框剪结构变形曲线时，结构变形以剪力墙的弯曲变形为主；时，结构变形以框架结构的剪切变形为主；介于时，结构变形呈现为弯剪型变形。 (2) (2) 对水平剪力分配的影响对水平剪力分配的影响6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 在不同的楼层，剪力的分配是不一样的：1)框架结构在底部的计算剪力为零；2)在上部，剪力墙出现负剪力，框架出现正剪力；3)在顶部，框架和剪力墙的剪力并不为零，但二者的和为零。 其次，框架结构的总剪力最大值发生在房屋沿高度方向的中偏下位置, 且值为0.30.6。均布荷载作用下框剪结构剪力分配 (3) (3) 值对外荷载分配的

33、影响值对外荷载分配的影响6.2 6.2 内力和位移的简化近似计算内力和位移的简化近似计算 总结大量的工程实例，为使框架剪力墙结构能很好协同工作，各自发挥自己的特性，刚度特征值以控制在1.12.2为宜，计算得到的基底剪力约在（0.030.06）G（G为建筑物总重量）为宜。框剪结构外荷载分配图剪力墙下部承受的外荷载较大，随着高度的增加，承受的外荷载逐渐减小，但再继续上升，承受的外荷载有所增加，并在顶部存在反向集中力。框架下部出现反向荷载，随着高度的增加，反荷载减小，待出现零点后，出现了正荷载，并在顶部存在集中力。6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算 一、常用软件简介一、常用

34、软件简介 1. 1. TBSA TBSA 6.0 6.0版版 T TB BS SA A程程 序序 的的 基基 本本 功功 能能 如如 下下 ：( 1) 可 自 动 形 成 结 构 分 析 的 几 何 文 件 、 设 计 信 息 文 件 和 荷 载 文 件 ;( 2) 可 分 析 多 种 立 面 结 构 形 式 ；( 3) 可 进 行 风 荷 载 、 水 平 地 震 作 用 及 竖 向 地 震 作 用 分 析 ;( 4) 可 改 变 水 平 力 作 用 方 向 ， 进 行 多 方 向 水 平 力 作 用 计 算 ；( 5) 可 分 别 输 入 永 久 荷 载 、 可 变 荷 载 ， 并 考 虑

35、可 变 荷 载 不 利 布 置 ；( 6) 可 按 指 定 施 工 顺 序 考 虑 竖 向 荷 载 的 施 工 模 拟 计 算 。( 7) 可 考 虑 梁 与 柱 偏 心 刚 域 的 影 响 ；( 8) 可 考 虑 框 支 柱 、 角 柱 的 不 同 设 计 要 求 。( 9) 对 框 架 剪 力 墙 结 构 、 板 柱 剪 力 墙 结 构 、 钢 框 架 钢 筋 混 凝土 核 心 筒 结 构 进 行 地 震 剪 力 调 整 。( 10) 可 输 出 结 构 平 面 简 图 、 荷 载 简 图 、 配 筋 简 图 、 振 型 简 图 、 轴 压比 简 图 、 底 层 柱 脚 内 力 简 图 等

36、 ；( 11) 可 对 梁 输 出 弹 性 和 塑 性 挠 度 及 指 定 梁 的 裂 缝 宽 度 。( 12) 可 选 择 考 虑 F 效 应 ；( 13) 可 单 独 指 定 楼 层 或 构 件 的 材 料 性 能 及 抗 震 等 级 。TBSATBSA程序的基本功能程序的基本功能 该程序由中国建筑科学研究院高层建筑技术开发部开发，是用来分析多层及高层建筑结构的专用程序，且对结构体系和平面、立面布置无特殊要求和限制。程序按结构力学三维空间分析，梁、柱、斜柱采用空间杆单元，剪力墙采用空间薄壁杆单元。程序假定楼板面内无限刚度，且不考虑平面内变形。6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移

37、的计算机计算 2. 2.多、高层建筑结构三维分析程序多、高层建筑结构三维分析程序( (TATTAT) )除除4. 3. 24. 3. 2介绍的之外，介绍的之外，TA TTA T程序的其他功能如下：程序的其他功能如下：( 1) 可考虑梁的可变荷载最不利布置;( 2) 可对纯钢结构可作F 效应分析；( 3) 可进行荷载效应组合及配筋；;( 4) 可以与动力时程分析程序T A T - D 接力进行动力时程分析；( 5) 对于框支剪力墙结构或转换层结构，可指定截面配筋；( 6) 与本系统其他软件密切配合,形成了一整套多、高层建筑结构设计计算和施工图辅助设计系统。此外，该软件还包含此外，该软件还包含:

38、:高层建筑动力时程分析软件( T A T - D ) ;弹塑性动力时程分析软件( E PD A ) ;框架剪力墙结构空间协同分析计算软件( XT JS) ;高层建筑采用空间有限元分析软件( SA T W E ) 。SA TW ESA TW E简介简介SA T W E 是专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元软件，其核心是解决剪力墙和楼板的模型化问题，使分析结果能够更好地反映出高层结构的真实受力状态。采用空间有限元壳元模型计算分析剪力墙是目前国内外精度最高的计算方法。这种计算模型对剪力墙洞口的空间布置无限制，允许上下层洞口不对齐，也适用于计算框支剪力墙转换层等复杂结构。

39、该计算模型对楼板作弹性设计并给出四种假定，即整体平面无限刚、分块无限刚，分块无限刚加弹性连接板带和弹性楼板。其基本功能如下：其基本功能如下：( 1) 程序采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件;( 2) 采用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙；( 3) 可完成建筑结构在恒、活、风、地震力作用下的内力分析;( 4) 可进行荷载效应组合计算；( 5) 可对钢筋混凝土结构还可完成截面配筋计算；( 6) 程序所需的几何、荷载信息都相关建筑模型中自动提取生成；( 7) 可绘梁、柱、剪力墙施工图；( 8) 可为各类基础设计软件提供设计荷载。TATTAT程序的基本功能程序的基本功能 该程序由中国建筑科学研究

40、院建筑工程软件研究所开发，适用分析设计100层内各种复杂体型的多、高层建筑。该程序不但可计算钢筋混凝土结构，还可计算钢结构和钢混凝土的混合结构、纯钢结构、井字梁、平框及带有支撑或斜柱结构，同时还可以计算一般多层民用建筑及工业厂房。6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算 3. 3. TUSTUS计算软件计算软件T US/A DBWT US/A DBW 程序的主要功能：程序的主要功能：( 1) 本程序适用于JG J32010高层建筑混凝土结构技术规程所述的全部结构及纯钢结构，最高层数为层。每层最大节点数为2000个。( 2) 计算时考虑了梁的弯曲、剪切、扭转变形；柱和斜杆的弯

41、曲、剪切、扭转和轴向变形，( 单片) 剪力墙的弯曲、剪切和轴向变形；( 3) 可以准确计算任意复杂剪力墙和井筒;( 4) 剪力墙上端允许设置的内部节点，为剪力墙局部开洞、不规则开洞、梁搭墙和收缩提供了简便可靠的处理方法；( 5) 对于框支剪力墙结构或转换层结构，可指定截面配筋；( 6) 与本系统其他软件密切配合,形成了一整套多、高层建筑结构设计计算和施工图辅助设计系统。TUS/ADBWTUS/ADBW程序的主要功能程序的主要功能 该软件由清华大学建筑设计研究院完成，其真三维空间结构通用设计程序TUS/ADBW以新型高精度剪力墙单元作为结构分析的理论，以混合结构为基础，能对建筑工程中常用的各类钢

42、筋混凝土结构以及多高层钢结构和混合结构按照规范要求进行静力计算、抗震计算及配筋或强度验算。6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算 如计算自振周期与上述值有较大出入，检查设计布置时刚度是否合适，如有必要，须调整结构尺寸。如以上正常，则需检查输入数据的正确性或是否采用了不正确的软件。二二. .机算结果正确性分析、确定及产生错误原因分析机算结果正确性分析、确定及产生错误原因分析1.1.自振周期自振周期工程实际表明，框架结构的自振周期计算值范围为：nT)10. 008. 0(1框剪结构的自振周期计算值范围为：nT)08. 006. 0(1式中，n结构的总层数。1312)7/15/

43、1 ()5/13/1 (TTTT6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算2.2.振型曲线振型曲线 在正常的计算下，对于比较均匀的结构，振型曲线应是比较连续光滑的曲线：振型曲线 第一振型无零点;第二振型在(0.70.8)H处有一个零点；第三振型分别在(0.40.5)H及(0.80.9)H处有两个零点。6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算 当计算的底部剪力小于上述数值时，宜适当加大截面、提高刚度，适当增大地震力以保证安全；反之，地震力过大，宜适当降低刚度以求得合适的经济技术指标。3.3.地震力地震力 根据目前许多工程的计算结果，截面尺寸、结构布置都比较正

44、常的结构，其底部剪力大约在下述范围内：度，类场地土：GFEK)06. 002. 0(式中，F底部地震剪力标准值; G结构总重量。7度，类场地土：GFEK)03. 0015. 0(6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算4.4.水平位移特征水平位移特征将各层位移连成侧移曲线后，曲线应具有以下特征：具有悬臂弯曲梁的特征； 具有剪切变形梁的特点； 位移越往上增大越快；接近于一直线； 越向上增长越慢， 成外弯形曲线。 为反形曲线。 成内收形曲线。位移特征曲线6.3 6.3 内力和位移的计算机计算内力和位移的计算机计算 对称结构在对称外力作用下，对称点的内力与位移必须对称，若如有反常现象应查输入数据是否正确。5