剪力墙结构近似计算方法.ppt

1、剪力墙结构近似计算方法,内容,剪力墙的类型和计算假定及方法 整体墙的近似计算方法 整体小开口墙的近似计算方法 联肢墙的近似计算方法 壁式框架的近似计算方法,剪力墙的类型和计算假定及方法,剪力墙的类型 整体墙 整体小开口墙 联肢剪力墙 壁式框架 不规则开洞墙,二、整体墙 整体墙：可忽略洞口对墙体的影响的剪力墙 无洞口的剪力墙 剪力墙上开有一定数量的洞口，但洞口的面积不超过墙体面积的15；且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸 特点：在水平力作用下截面仍保持平面，正应力呈线性分布,整体墙,三、整体小开口墙 连梁刚度大，整体性好，洞口面积超过墙体面积的15 在水平荷载作用下，产生整体墙弯

2、曲应力和墙肢局部弯曲应力 墙肢以整体墙弯曲为主，局部弯矩不超过墙体整体弯矩的15 截面变形仍接近于线性分布 整体小开口墙的墙肢弯矩仅在个别楼层有反弯点，但在大多数楼层处有突变,整体小开口墙,整体小开口墙,四、联肢剪力墙 当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口，使连梁刚度小于墙肢刚度时。剪力墙成为由一系列连梁约束的墙肢所组成的联肢墙 开有一列洞口的联肢墙称为双肢墙 当开有多列洞口时称之为多肢墙 剪力墙的截面变形不再符合平截面的假定 墙肢以整体墙弯曲为主 墙肢弯矩在少数楼层有反弯点 整片墙仍以弯曲变形为主,联肢墙,五、壁式框架 当剪力墙的洞口尺寸较大，墙肢宽度较小，连梁的线刚度墙肢的线刚度时，剪力

3、墙的受力性能已接近于框架，这种剪力墙称为壁式框架 墙肢弯矩在大多数楼层有反弯点 整片墙以剪切变形为主,壁式框架,六、不规则开洞墙 洞口尺寸较大，且排列不规则的剪力墙 不能简化成平面杆系结构计算，而应采用平面有限元方法,关于各类剪力墙划分判别式的讨论,连梁的转动刚度越大，对墙肢的约束作用也越大。,值实际上反映了连梁与墙肢刚度间的比例关系，体现了墙的整体性。,当洞口很大，连梁的刚度很小，墙肢的刚度又相对较大时，值即较小(两个独立的悬臂墙 )。,当洞口很小，连梁的刚度很大，墙肢的刚度又相对较小时，值则较大(整体悬臂墙)。,当连梁、墙肢的刚度或值介于上述两种情况之间时，独立悬臂墙与整体悬臂墙两者都在起

4、作用。,(1)整体参数和计算方法的关系：,根据整体参数的不同，可以分为不同类型的墙:,当 1时，可不考虑连梁的约束作用，各墙分别按单肢剪力墙计算,当10时，连梁的约束作用已经很强，可以按整体小开口墙计算,当110时，按双肢墙计算,(2)墙肢惯性矩比T=IA/I和计算方法的关系,对很大的情况，前面归结为趋向组合整体墙。若孔洞很大，但梁柱刚度比很大(扁洞)，此时也很大，这时结构整体性也很强，但已具有框架的特点了(多数层中弯矩图有反弯点，其变形以剪切型为主)。,墙肢是否出现反弯点，与墙肢惯性矩的比值IAI、整体参数、层数N等多种因素有关。,式中：IA扣除墙肢惯性矩后的组合截面惯性矩。 IA=I(I1

5、+I2) = Aiy2i,综合以上两方面的因素，对各类墙及其算法的划分条件为：,当满足10，T=IA/IZ时(相应的物理概念为：整体性很强，墙肢不出现反弯点)，可按整体小开口墙计算。,当满足10时(相应的物理概念为：整体性不很强，墙肢不或很少出现反弯点)，按联肢墙计算。,当只满足10的要求（T=IA/IZ）时（相应的物理概念为：整体性很强，但墙肢多出现反弯点），按壁式框架计算。,计算假定,楼盖结构在其自身平面内的刚度为无限大 各片剪力墙在其自身平面内刚度很大，在平面外的刚度很小，可忽略不计 剪力墙翼缘的有效宽度的考虑 剪力墙在竖向荷载下的内力(轴力)计算：各片墙的竖向荷载可按其受荷面积计算,表

6、51,表5-1 剪力墙有效翼缘宽度,剪力分配,水平荷载在各片剪力墙之间的分配：按各片剪力墙的等效刚度进行分配 第i层第j片墙的剪力为,剪力墙计算简图,剪力墙的内力分析方法,连续化方法联肢墙,结构力学分析法壁式框架,弹性理论各种复杂几何形状的墙体 （有限元法、有限条法）,材料力学分析法整体墙、小开口剪力墙,整体墙的近似计算方法,一、整体墙的判别条件 洞口的面积不超过墙体面积的15；且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸 二、内力计算 整体墙不开窗洞或开洞很小，在水平荷载作用下，用材料力学中整截面悬臂梁的内力及变形公式进行计算 三、位移计算 除弯曲变形外，宜考虑剪切变形的影响u=um+

7、uv 考虑洞口对墙的横截面及刚度的削弱,等效截面面积Aw：,组合截面惯性矩Iw ：,取无洞口截面面积A乘以洞口削弱系数0。,取有洞口截面与无洞口截面惯性矩沿竖向的加权平均值。,整体墙计算简图,以均布荷载为例，用图乘法得：,位移计算：,在3种常用水平荷载下，悬臂杆顶点位移计算公式(括弧中后一项为剪切变形影响)如下：,将3种荷载作用下的公式括号内系数取平均值，混凝土剪切模量G=0.42E，则上式可写成：,等效刚度EIeq是把剪切变形与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达，所得到得折算刚度。写成：,四、水平荷载分配 当有多片墙共同承受水平荷载时，总水平荷载也是按各片墙的等效刚度比例分配给各片墙，即,某

8、高层剪力墙结构中的一单肢实体墙，高度H=33m，全高截面相等，混凝土强度等级为C25(Ec=2.8104 N/mm2)，墙肢截面惯性距Iw=4.2m4，矩形截面面积Aw1.5m2，试计算该墙肢的等效刚度EIeq。,整体小开口墙的计算,一、内力计算 墙肢弯矩 墙肢轴力 墙肢剪力 连梁剪力由上下层墙肢的轴力差计算,二、顶点位移计算 考虑洞口的削弱作用，放大1.2倍,均布荷载 倒三角形分布荷载 顶部集中荷载,联肢墙的计算,一、联(双)肢墙的特点 洞口把墙划分成两个墙肢，及上下洞口间的连梁 墙肢刚度大于连梁刚度 在水平荷载作用下，墙肢产生弯曲变形、剪切变形、轴向变形，但以弯曲变形为主 各墙肢以局部弯曲

9、为主，整片墙截面上的应力分布不是直线,双肢墙和应力分布,二、联(双)肢墙的计算方法及假定 1.计算方法 门窗洞口在剪力墙中排列都很整齐的剪力墙，可划分为许多墙肢和连梁，将连梁看成墙肢间的连杆 连续连杆法将连梁沿墙离散为均匀分布的连续连杆，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替，用微分方程求解，这种方法也称为连续化方法,2.连续连杆法的基本假定 连梁的连续化假设：将每一楼层处的连梁简化为均布在整个楼层高度上的连续连杆（为了建立微分方程） 连梁的轴向变形忽略不计：两肢墙的水平位移相同 两墙肢的变形曲线相同：即同一标高处、两肢墙的转角和曲率相等 连梁的反弯点在梁的跨中 连梁和墙肢考虑弯曲和

10、剪切变形；墙肢还应考虑轴向变形的影响 层高h和惯性矩Il、I2、Ib及面积A1、A2、Ab等参数，沿高度均为常数,三、力法方程的建立及其解,1、连梁切口处沿(x)方向的位移,由墙肢弯曲变形产生的相对位移1(x),由基本假定可知： 1m=2m=m，由弯曲变形使切口处产生的相对位移为：,由墙肢轴向变形所产生的相对位移2(x),在水平荷载作用下，一个墙肢受拉，另一个墙肢受压，墙肢轴向变形将使连梁切口处产生相对位移,由连梁弯曲和剪切变形所产生的相对位移3(x),把连梁看成端部作用力为(x)dx的悬臂梁,连梁的折算惯性矩,连梁弯曲及剪切变形,2、变形协调方程,连梁切口处相对位移：(x)=1(x)+2(x

11、)+ 3(x)=0 得：,3、微分方程,将上式对x微分两次得：,连梁对墙肢的约束弯矩，即单位墙高上连梁剪力对两墙肢弯矩之和。,双肢墙的基本微分方程为：,利用边界条件求解()，()与荷载形式、截面位置、整体参数有关,V0双肢墙底部总剪力,T轴向变形影响参数：,整体参数：,多肢墙也可以采用连续连杆法求解，基本假定和基本体系的取法都和双肢墙类似。有 m列洞口, m+1个墙肢的剪力墙。,整体系数：,四、双肢墙的内力及位移计算,(1)由几何特性计算整体参数值及I0b。,(3)求该层（设为j层）连梁的内力：,(2)在指定楼层（已定），由荷载形式、值查表得(),楼层剪应力：,梁端剪力：,连梁端部弯矩：,(4

12、)求j层墙肢的内力：,I剪力墙截面总惯性矩：,k与荷载形式、整体系数、有关的系数,墙肢弯矩和轴力由连梁内力Vbj、Mbj确定,Ii0 墙肢考虑剪切变形后的折算惯性矩。,墙肢的剪力可将外荷载产生的剪力Vpj按考虑弯曲和剪切变形后的墙肢刚度进行分配求得。,墙肢轴力：为j层以上连梁剪力之和。,墙肢弯矩： 如图：M1j+M2j=Mpj-Nj.2c=Mj,这里 mk=mk().hk 将Mj按刚度分配给两墙肢：,求墙肢轴力和墙肢弯矩的其它方法：,五、双肢墙的位移与等效刚度,肢墙的位移：,与荷载形式和有关的系数，可由荷载形式和查表得。,2墙肢剪切变形影响系数：,五、双肢墙的内力及变形特点 双肢墙的侧移曲线呈弯曲型。值愈大，墙的刚度愈大，侧移减小 连梁剪力最大(也是弯矩最