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.第四章 框架剪力墙结构设计高层建筑结构高层建筑结构.123剪力墙结构概述框剪结构内力计算框剪结构内力、位移特征Your Logo目录目录.第一节第一节 框剪结构概述框剪结构概述一、受力和变形特点一、受力和变形特点剪力墙：变形曲线为弯曲型，层剪力按照剪力墙：变形曲线为弯曲型，层剪力按照EIEI值分配值分配框架：变形曲线为剪切型，层剪力按照框架：变形曲线为剪切型，层剪力按照D D值分配值分配框剪结构：变形曲线为框剪结构：变形曲线为反反S S形形的的弯剪型弯剪型框剪结构变形特点.第一节第一节 框剪结构概述框剪结构概述框剪结构受力特点 协同工作时，剪力墙单元刚度比框架大得多，剪力墙协同工作时，剪力墙单元刚度比框架大得多，剪力墙担负大部分水平荷载。担负大部分水平荷载。 下部下部：剪力墙变形增大，框架减小，故下部为拉力；：剪力墙变形增大，框架减小，故下部为拉力； 上部上部：剪力墙变形减小，框架增大，故上部为推力。：剪力墙变形减小，框架增大，故上部为推力。 框架上部和下部所受剪力趋于均匀化。框架上部和下部所受剪力趋于均匀化。.第一节第一节 框剪结构概述框剪结构概述二、框剪结构中的梁二、框剪结构中的梁第一种是剪力墙之间的、两端均与墙肢相连的连梁第一种是剪力墙之间的、两端均与墙肢相连的连梁A A；第二种是一端与剪力墙相连第二种是一端与剪力墙相连, ,另一端与框架柱相连接的连梁另一端与框架柱相连接的连梁B B；第三种是两端均和框架柱相连的框架梁第三种是两端均和框架柱相连的框架梁C C。 框架梁剪力墙连梁A连梁B框架柱图6-6 框架-剪力墙结构构件.第一节第一节 框剪结构概述框剪结构概述 C C梁按框架梁设计，梁按框架梁设计，A A梁按双肢或多肢剪力墙的连梁设计。梁按双肢或多肢剪力墙的连梁设计。 B B梁一端与墙相连，墙肢刚度很大；另一端与框架柱相连，梁一端与墙相连，墙肢刚度很大；另一端与框架柱相连，柱刚度较小。柱刚度较小。B B梁应设计为强剪弱弯，保证在剪切破坏前已屈梁应设计为强剪弱弯，保证在剪切破坏前已屈服而产生了塑性变形。服而产生了塑性变形。 在进行内力和位移计算时，由于在进行内力和位移计算时，由于B B梁可能弯曲屈服进梁可能弯曲屈服进 入入弹塑性工作状态，弹塑性工作状态，B B梁的刚度应乘以梁的刚度应乘以折减系数折减系数予以降低。为予以降低。为防止裂缝开展过大，避免破坏，防止裂缝开展过大，避免破坏，值不宜小于值不宜小于0.50.5。如果配筋。如果配筋困难，还可以在刚度足够、满足水平位移限值的条件下，降困难，还可以在刚度足够、满足水平位移限值的条件下，降低连梁的高度而减小刚度，降低内力。低连梁的高度而减小刚度，降低内力。.第一节第一节 框剪结构概述框剪结构概述三、剪力墙的合理数量三、剪力墙的合理数量 单从抗震的角度来说，剪力墙数量以多为好；从经单从抗震的角度来说，剪力墙数量以多为好；从经济性来说，剪力墙则不宜过多。济性来说，剪力墙则不宜过多。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 框架框架- -剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析是一个三维超静定问题，通常把它是一个三维超静定问题，通常把它简化为平面结构计简化为平面结构计算算，并在结构分析中作如下，并在结构分析中作如下基本假定基本假定： 楼板在自身平面内的刚度无限大。楼板在自身平面内的刚度无限大。 当结构体型规则、剪力墙布置比较对称均匀时，结构当结构体型规则、剪力墙布置比较对称均匀时，结构在水平荷载作用下不计扭转的影响。在水平荷载作用下不计扭转的影响。 不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响。不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响。 一、基本假定一、基本假定.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算铰接体系铰接体系 在基本假定的前提下，计算区段内结构在水平荷载在基本假定的前提下，计算区段内结构在水平荷载作用下，水平位移相同。此时，可把所有剪力墙综合在作用下，水平位移相同。此时，可把所有剪力墙综合在一起成总剪力墙，将所有框架综合在一起成总框架。一起成总剪力墙，将所有框架综合在一起成总框架。 楼板的作用是保证各片平面结构具有相同的水平侧楼板的作用是保证各片平面结构具有相同的水平侧移，但楼面外刚度为零，它对各平面结构不产生约束弯移，但楼面外刚度为零，它对各平面结构不产生约束弯矩，可以把楼板简化成铰接连杆。矩，可以把楼板简化成铰接连杆。刚接体系刚接体系 这种体系包括总剪力墙、总框架和刚性连杆。此连这种体系包括总剪力墙、总框架和刚性连杆。此连杆实为一连梁，连接剪力墙和框架。该梁对剪力墙有约杆实为一连梁，连接剪力墙和框架。该梁对剪力墙有约束作用，视为刚接，该梁对柱也有约束作用。束作用，视为刚接，该梁对柱也有约束作用。二、两种结构简化体系二、两种结构简化体系.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算按铰接体系：按铰接体系：3 3片墙，片墙，4 4榀框架榀框架.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算有连梁连接有连梁连接按刚接体系：按刚接体系：4 4片墙，片墙，5 5榀框架榀框架.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算三、总剪力墙和总框架刚度计算三、总剪力墙和总框架刚度计算1 1、总剪力墙刚度、总剪力墙刚度总剪力墙总剪力墙抗弯刚度抗弯刚度为每片剪力墙抗弯刚度之和：为每片剪力墙抗弯刚度之和： 其中：其中： k k 剪力墙片数剪力墙片数 每片墙的等效抗弯刚度每片墙的等效抗弯刚度weqkEJEJeqEJ.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算2 2、总框架刚度、总框架刚度 对总框架来说，抗侧移刚度为同一层内所有框架对总框架来说，抗侧移刚度为同一层内所有框架柱的抗侧移刚度之和，柱的刚度采用修正后的抗侧柱的抗侧移刚度之和，柱的刚度采用修正后的抗侧移刚度移刚度D D值。值。 总框架的剪切刚度总框架的剪切刚度 ：总框架在楼层间产生单：总框架在楼层间产生单位剪切变形所需的水平剪力位剪切变形所需的水平剪力 FjChDFC.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 在工程实际中，总框架各层抗侧移刚度在工程实际中，总框架各层抗侧移刚度Cf及总剪力墙各及总剪力墙各层等效抗弯刚度层等效抗弯刚度EIeq沿结构高度不一定完全相同，而是有变沿结构高度不一定完全相同，而是有变化的，如果变化不大，其平均值可采用加权平均法算得：化的，如果变化不大，其平均值可采用加权平均法算得：HChCmfiifHEIhEImwiiw.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算四、按铰接体系框剪结构的内力计算四、按铰接体系框剪结构的内力计算 框剪结构在水平荷载作用下，外力在框架和剪力墙框剪结构在水平荷载作用下，外力在框架和剪力墙之间的分配由协同工作计算确定，采用连续连杆法。之间的分配由协同工作计算确定，采用连续连杆法。 将连杆切开，各连杆中的未知力化为未知函数。分将连杆切开，各连杆中的未知力化为未知函数。分别取总剪力墙和总框架为研究对象。别取总剪力墙和总框架为研究对象。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算对于总剪力墙对于总剪力墙看成悬臂梁，其内力与弯曲变形的关系如下：看成悬臂梁，其内力与弯曲变形的关系如下：44( )( )wfd yEIp xpxdx.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算对于总框架对于总框架，由假定，由假定 ，对式上式微分得：对式上式微分得：代入代入式式，整理后得：，整理后得：/dy dxfffdyVCCdx22( )fffdVd ypxCdxdx 4242( )fwwCd yd yp xdxEIdxEI.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.引入符号引入符号称为称为结构刚度特征值结构刚度特征值，是反映总框架和总剪力墙刚，是反映总框架和总剪力墙刚度之比的一个参数，对框架剪力墙结构的受力和变形度之比的一个参数，对框架剪力墙结构的受力和变形状态及外力分配都有很大影响。状态及外力分配都有很大影响。 第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算/x HfwCHEI.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 分别引入框剪结构在均布、三角形分布、顶部集分别引入框剪结构在均布、三角形分布、顶部集中荷载作用下的边界条件，得到非齐次线性微分方程的中荷载作用下的边界条件，得到非齐次线性微分方程的解解y()，即为框剪结构在这三种荷载下的位移计算公式。，即为框剪结构在这三种荷载下的位移计算公式。 然后可以根据位移曲线然后可以根据位移曲线y()求解总剪力墙的内力求解总剪力墙的内力Mw 和和Vw及总框架的剪力及总框架的剪力Vf。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 通过上述方法来计算总剪力墙的位移通过上述方法来计算总剪力墙的位移y、内力、内力Mw 和和Vw比较繁琐，为方便计算，给出在以上比较繁琐，为方便计算，给出在以上3 3种典型荷载种典型荷载作用下作用下y 、 Mw 和和Vw的计算图表，设计时可以直接查用。的计算图表，设计时可以直接查用。 .第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 查出各系数，然后根据下列式子求得结构该截面处的位查出各系数，然后根据下列式子求得结构该截面处的位移及内力。移及内力。 0000HHwwwwyyffMMMMVVVV 总框架的剪力可直接由总剪力减去剪力墙的剪力得到：总框架的剪力可直接由总剪力减去剪力墙的剪力得到：.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算五、按刚接体系框剪结构的内力计算五、按刚接体系框剪结构的内力计算与铰结体系间的主要区别与铰结体系间的主要区别：总剪力墙和总框架间的连杆对墙肢有约束弯矩作用。总剪力墙和总框架间的连杆对墙肢有约束弯矩作用。连杆切开后，连杆中除轴向力外，还有剪力和弯矩。连杆切开后，连杆中除轴向力外，还有剪力和弯矩。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算计算简图计算简图（）（）Pf1框架Vi墙p(x)p(x)（）（）Pf(x)Pf1Mim(x)yxxp(x)p(x)yx.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算 将剪力和弯矩向墙肢截面形心轴取矩，就形成约束弯矩将剪力和弯矩向墙肢截面形心轴取矩，就形成约束弯矩 。 将约束弯矩及连梁轴力连续化后，可以得到基本计算体系。将约束弯矩及连梁轴力连续化后，可以得到基本计算体系。与铰结体系相比：与铰结体系相比： 框架部分完全相同，但剪力墙部分增加了约束弯矩。框架部分完全相同，但剪力墙部分增加了约束弯矩。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算刚结连杆杆端约束弯矩刚结连杆杆端约束弯矩 形成刚结连杆的连梁有两种：墙肢与框架之间；形成刚结连杆的连梁有两种：墙肢与框架之间；墙肢与墙肢之间。墙肢与墙肢之间。 连梁均可以简化成连梁均可以简化成带刚域的梁带刚域的梁，刚域长度取为，刚域长度取为墙肢形心轴到连梁边距离减去墙肢形心轴到连梁边距离减去1/41/4连梁的高度。连梁的高度。.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算12321316(1)(1)16(1)(1)abEImablabEImabl墙肢与墙肢之间墙肢与墙肢之间 两端带刚域杆的杆端弯矩系数：两端带刚域杆的杆端弯矩系数：.第二节第二节 框剪结构内力计算框剪结构内力计算墙肢与框架之间墙肢与框架之间 在上式中令在上式中令b=0b=0，得到仅有一端带刚域的梁端弯矩系数：，得到仅有一端带刚域的梁端弯矩系数：12321316(1)(1)16(1)(1)aEImalaEImal式中式中 考虑剪切变形时的影响系