底层大空间（部分框支）剪力墙结构分析

1、第三章 底层大空间（部分框支）剪力墙结构分析3.1 相关概念3.3 框支剪力墙在水平荷载作用下的工作特点和分析计算3.4 底层大空间剪力墙结构体系的布置与协同工作计算方法3.2 框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的工作特性与计算 剪力墙结构底部（层）若需要大空间，常布置成部分墙肢落地、部分墙肢框支的协同工作整体结构体系。部分框支剪力墙结构的侧向刚度在墙与框架交接处发生突变。框支墙：提供大空间； 落地墙：加强结构的抗震能力，提供足够的抗侧刚度 3.1 相关概念框支墙底层（部）抗侧刚度框支墙的底层框架承担剪力落地墙承担的剪力结构特点底层墙体与框支层楼盖对水平力的传递非常重要，予以加强。实际工程中可用框

2、-剪结构的裙房提供的抗侧刚度来弥补底部大空间剪力墙结构底部抗侧刚度的不足。水平力在底层的分配关系与上部各层不同，不同点在于：楼盖实现内力的传递与调整； 落地墙作为框支墙的弹性支承； 底层大空间剪力墙结构的分析计算1）框支剪力墙在竖向荷载用下的分析计算 2）框支剪力墙在水平荷载作用下的分析计算 3）底层大空间剪力墙结构体系布置及其协同工作分析计算 4）大底盘大空间剪力墙结构体系布置及其协同工作分析计算 3.2框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的 工作特性与计算一维杆件的框架梁、柱 二维的墙板 1特点：两种不同性能的构件的组合剪力墙板的应力分布 （特别是靠近底部框架处）2需要解决的问题托梁的力的量值与

3、分布规律 托梁的内力(M、N、V) 框支柱的内力 落地墙与框支墙的协同工作 1）综合运用弹性力学平面问题和杆系结构力学的理论，有限元法可以分析任意形状在任意荷载作用下的框支墙 3问题的解决方法2）解析解法 按弹性力学平面问题的原理分析二维墙板的应力 ；用应力函数通过级数进行近似求解，用墙板和梁的变形协调边界条件确定代定系数。 3.3 单跨框支剪力墙近似计算方法 3.3.1墙板中竖向应力 的分布特点在距梁顶界面 时， 在距梁顶界面 （ 净跨）， 基本均匀分布； 水平方向：跨中最小，支座最大，中部曲线下降（马鞍形）拱作用；竖直方向：墙梁交界处应力集中，上部变化平缓，下部变化明显； 3.3.2 有关

4、参数若t为墙板厚度，墙板中任意一点处的竖向应力集中系数C可定义为实际竖向应力 与平均竖向应力q/t的比值，即：托梁刚度越小，C；框支柱b（bL）越小，C； 绘制出柱顶处的墙板应力集中系数C与C1在bL处于不同水平时的关系曲线如右图所示：墙梁刚度比C1定义为： 绘制出梁墙交接面处C(x)与xL在bL处于不同水平时的关系曲线如下图所示：3.3.3 托梁轴拉力计算 按近似计算方法和上图所示的受力分布， 半边墙体的受力体系的平衡条件可表示为：A 当向下的荷载， 即，有B当 时有 研究表明：当墙高宽度 1.5时，取拱高a=L/2偏安全且具有合理的精度。对O取矩，由平衡条件Mo=0有：偏安全地略去f/3项

5、，从而有3.3.4托梁的弯矩与剪力支座弯矩跨中弯矩梁端剪力=4T/(L-2b)当墙板开小洞时可以 代替上述公式中的C进行分析，S为开孔宽度；墙板开较大且规则的洞口时可按壁式框架计算当墙板无洞（或小洞）时按上述方法进行分析墙板开较大且规则的洞口时可按广义连续方法分析（后述）； 无论有无洞口、规则与否均可按有限元方法分析。单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(1)框架梁高比hb/L0.10框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力y-4.7-4.1-3.6框架梁最大拉力T0.180.160.15框架梁跨中弯矩Mbc0.0060.0050.004框架梁支座弯矩Mbs-0.00

6、1-0.001-0.001框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力0.50.50.5单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(2)框架梁高比hb/L0.13框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力y-4.1-3.7-3.3框架梁最大拉力T0.200.180.16框架梁跨中弯矩Mbc0.0110.0090.006框架梁支座弯矩Mbs-0.002-0.002-0.002框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力0.50.50.5

7、单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(3)框架梁高比hb/L0.16框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力y-3.6-3.1-2.9框架梁最大拉力T0.210.190.17框架梁跨中弯矩Mbc0.0150.0130.011框架梁支座弯矩Mbs-0.003-0.003-0.003框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力0.50.50.5单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数系数用法：应力=表中系数q/t 轴力T、N=表中系数qL 弯矩M=表中系数qL2适用条件：支承框架厚度等于墙厚二倍 3.

8、3.5双跨框支墙在竖向荷载下的应力分布特点1 墙板中竖向应力的分布L0以上的墙板竖向应力基本上是均布的；边柱顶的压应力往往大于中柱顶的压力；常用尺寸下(hb/L=0.10.16,b/L=0.060.1),边柱顶处墙板的最大压应力y1约在3.85.9q/t范围内变动；中柱顶处墙板的最大压应力y2约在2.23.4q/t范围内变动；比值y1 / y2约在1.42.1范围内变动。2 墙板中水平应力的分布L0以上的墙板水平应力基本上为零；拉应力区近似三角形，中柱与墙板的交点达到最大值，约为0.71.0 q/t范围内变动；拉应力区三角形高度约为0.4L；三角形半底长在0.50.7L范围内。剪应力只分布在L

9、0以内的墙板中；墙梁的交界面处，墙板的剪应力值最大，约为1.11.5 q/t；梁的下边缘与柱交界面处，剪应力可达1.52.0 q/t 。3 墙板中剪应力的分布轴拉力最大值为（0.150.2）qL，位于距外侧(0.350.45)L处；在柱支承截面上，轴拉力接近于零；框支梁最大正弯矩截面位于距外侧(0.150.25)L 处；最大负弯矩位于中间支座截面上。4 框支梁上的弯矩和轴拉力分布3.4 框支剪力墙在水平荷载作用下的工作特点和分析计算 在水平荷载作用下框支剪力墙的主要工作特点在距墙梁分界线 L0以上的墙体，其竖向应力的分布基本上不受底层框架的影响， 可按竖向悬臂构件计算（材料力学方法）， 沿水平

10、向线形分布；在高度L0以内的墙体 逐渐向框架柱上方集中，并与托梁共同形成截面高度为(L0+hb)的“凸”字形框架梁，与底层柱共同工作；任意第i根柱的剪力与弯矩： 柱剪 力Ii为第i根柱的惯性矩 柱端弯矩 假设反弯点在柱中点h1为底层柱高任意第i根柱轴力 m为框支剪力墙底部弯矩，Mj为第j根柱柱脚弯矩与边柱连结的框架梁端弯矩Mb近似地取为其柱端弯矩，即Mbi=Mi；与中柱连结的框架梁端弯矩等于Mi/2，即Mbi=Mi/2;框支墙顶部位移=1+2+3；1为底层框架的水平位移；2为框支柱轴向变形、底层框支横梁转角使墙顶产生的水平位移 ；3为剪力墙板作为竖向悬臂构件所产生的顶端位移。 剪力墙板作为竖向

11、悬臂构件所产生的顶端位移3 框支柱轴向变形、底层框架横梁转角使墙顶产生的水平位移 2底层框架的水平位移1（在侧向均布荷载作用下）3.5底层大空间剪力墙结构体系布置与协同工作计算方法3.5.1 结构体系布置 (1) 应设置转换层的情况（因上、下层刚度突变）在结构转换层布置结构转换构件（梁、桁架、箱形结构、斜撑等）； 6度及非抗震设计时，转换构件可采用厚板； 7、8度抗震设计时地下室的转换构件可采用厚板在地面以上设置转换层的位置8度抗震时不宜超过3层；7度时不宜超过5层；6度时可适当增加；9度时不应采用；（2） 高层结构中，大空间的层数：（3） 结构布置应遵循的原则 原则a落地墙和筒体底部应加厚，

12、同时： 底部大空间为1或2层时，转换层的上、下部等效剪切刚度比值 宜接近1，非抗震设计时不应小于0.4，抗震时不应小于0.5， 按下式计算：G1. G2 底层及转换层上层的混凝土剪变模量；A1. A2 底层及转换层上层的折算抗剪截面面积；Awi 第i层全部剪力墙在计算方向的有效截面面积（不含翼缘）；Aci 第i层全部柱的截面面积；hi 第i层的层高；hci第i层柱沿计算方向的截面高度。当转换层设置在第二层以上时，转换层与相邻上层的侧向刚度比 不应小于0.6。当转换层设置在第二层以上时，转换层下部结构与上层结构的等效侧向刚度比 尚宜接近1；非抗震设计时不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。原

13、则b框支层周围楼板不应错层布置；原则c落地墙和筒体不宜在端部开洞；框支墙上层不宜在边柱和中柱上部开洞；原则d落地墙间距（长矩形平面）：在非抗震时要求 且 ；抗震设计时：框支层为1-2层时 且 ， 3层以上时 且原则e落地墙与相邻框支柱的距离：当框支层为1-2层时不宜大于12m， 3层以上时不宜大于10m。原则f框支框架承担的地震倾覆力矩应小于结构总地震倾覆力矩的50%。原则g当框支梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核钢筋，并加强构造措施。B级高度部分框支剪力墙的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。（4） 剪力墙底部加强部位高度取为Max（框支层加其上两层的高度

14、，1/10H）加强部位墙体两端宜设置翼墙或端柱，抗震时需设置约束边缘构件。薄弱层的地震剪力1.25的增大系数；（3.5.8）特一级、一级、二级转换构件水平地震作用计算内力分别1.9、1.6、1.3增大系数；7度（0.15g）、8度以上转换层构件尚应考虑竖向地震作用（高规4.3.2）(5) 薄弱层的地震剪力调整(6) 转换梁（托梁）宜与框支柱截面中线重合； bb不宜大于框支柱相应方向截面宽度，且不宜小于其上墙体厚度的2倍及400mm;当托梁上有柱时不宜小于柱宽； 截面高度hb不宜小于1/8倍计算跨度；托梁上不宜开洞，若必须开洞时，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面应进行

15、承载力计算，因开洞形成的上、下弦杆应加强纵筋和箍筋的配置。 对托柱转换梁的托柱部位和框支梁上部的墙体开洞部位，梁的箍筋应加密配置，加密区范围可去梁上托柱边或墙边两侧各1.5倍转换梁高度。托柱转换梁应沿腹板高度配置腰筋，其直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。转换梁纵筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，接头位置应避开上部墙体开洞部位、梁上托柱部位及受力加大部位。托柱转换梁在转换层宜在托柱位置设置正交方向的框架梁或楼面梁。转换梁纵筋构造；(7) 转换柱a地震剪力标准值按如下所述进行调整 若每层框支柱总数不多于10根，1-2层框支时每根柱所受

16、剪力至少取基底剪力V0的2%，3层及以上时至少取3%；若每层框支柱总数多于10根，1-2层框支时每层柱所受剪力之和至少取基底剪力V0的20%，3层及以上时至少取30%；注：框支柱剪力调整后应相应调整框支柱的弯矩及柱端框架梁的剪力和弯矩，但框支梁的剪力和弯矩，框支柱的轴力可不调整。 b.与转换构件相连的一、二级柱上端与底层柱下端截面的弯矩组合值应分别乘以1.5、1.3的放大系数；C.在考虑b项的基础上，框支角柱的M、V设计值1.1； d.一、二级框支柱有地震作用产生的轴力分别乘1.5、1.2，但轴压比计算时不宜考虑该增大系数，一、二级轴压比限值分别为0.6、0.7； e. 截面尺寸要求 非抗震时

17、bc400mm， 抗震时bc450mm非抗震时hc1/15框支梁跨， 抗震时hc1/12框支梁跨； f. 配筋要求 柱内全部纵筋最小配筋率：非抗震时0.7%， 一级抗震时1.1%，二级抗震0.9%抗震设计时，箍筋应采用复合螺旋箍或井字复 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直径10mm， 间距不应大于10mm和6倍纵筋直径的较小值 抗震设计时，箍筋应采用复合螺旋箍或井字复 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直径10mm， 间距不应大于10mm和6倍纵筋直径的较小值 抗震设计时，箍筋配箍特征值应比普通框架柱 要求的数值增加0.02采用，且箍筋体积配箍率 不应小于1.5%。 (8) 落地墙：特一级、一级、二级、三级底部加强部位的弯矩设计值，应按墙底截面考虑地震作用组合的弯矩值1.8、1.5、1.3、1.1采用，剪力设计值应分别1.9（其他部位为1.4）、1.6、1.4、1.2。落地剪力墙墙肢不宜出现偏心受拉(9) 楼板：