底層大空間（部分框支）剪力墻結(jié)構(gòu)分析

1、第三章 底層大空間（部分框支）剪力墻結(jié)構(gòu)分析3.1 相關(guān)概念3.3 框支剪力墻在水平荷載作用下的工作特點(diǎn)和分析計(jì)算3.4 底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置與協(xié)同工作計(jì)算方法3.2 框支剪力墻結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的工作特性與計(jì)算 剪力墻結(jié)構(gòu)底部（層）若需要大空間，常布置成部分墻肢落地、部分墻肢框支的協(xié)同工作整體結(jié)構(gòu)體系。部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度在墻與框架交接處發(fā)生突變。框支墻：提供大空間； 落地墻：加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，提供足夠的抗側(cè)剛度 3.1 相關(guān)概念框支墻底層（部）抗側(cè)剛度框支墻的底層框架承擔(dān)剪力落地墻承擔(dān)的剪力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)底層墻體與框支層樓蓋對(duì)水平力的傳遞非常重要，予以加強(qiáng)。實(shí)際工程中可用框

2、-剪結(jié)構(gòu)的裙房提供的抗側(cè)剛度來(lái)彌補(bǔ)底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)底部抗側(cè)剛度的不足。水平力在底層的分配關(guān)系與上部各層不同，不同點(diǎn)在于：樓蓋實(shí)現(xiàn)內(nèi)力的傳遞與調(diào)整； 落地墻作為框支墻的彈性支承； 底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算1）框支剪力墻在豎向荷載用下的分析計(jì)算 2）框支剪力墻在水平荷載作用下的分析計(jì)算 3）底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系布置及其協(xié)同工作分析計(jì)算 4）大底盤(pán)大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系布置及其協(xié)同工作分析計(jì)算 3.2框支剪力墻結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的 工作特性與計(jì)算一維桿件的框架梁、柱 二維的墻板 1特點(diǎn)：兩種不同性能的構(gòu)件的組合剪力墻板的應(yīng)力分布 （特別是靠近底部框架處）2需要解決的問(wèn)題托梁的力的量值與

3、分布規(guī)律 托梁的內(nèi)力(M、N、V) 框支柱的內(nèi)力 落地墻與框支墻的協(xié)同工作 1）綜合運(yùn)用彈性力學(xué)平面問(wèn)題和桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論，有限元法可以分析任意形狀在任意荷載作用下的框支墻 3問(wèn)題的解決方法2）解析解法 按彈性力學(xué)平面問(wèn)題的原理分析二維墻板的應(yīng)力 ；用應(yīng)力函數(shù)通過(guò)級(jí)數(shù)進(jìn)行近似求解，用墻板和梁的變形協(xié)調(diào)邊界條件確定代定系數(shù)。 3.3 單跨框支剪力墻近似計(jì)算方法 3.3.1墻板中豎向應(yīng)力 的分布特點(diǎn)在距梁頂界面 時(shí)， 在距梁頂界面 （ 凈跨）， 基本均勻分布； 水平方向：跨中最小，支座最大，中部曲線下降（馬鞍形）拱作用；豎直方向：墻梁交界處應(yīng)力集中，上部變化平緩，下部變化明顯； 3.3.2 有關(guān)

4、參數(shù)若t為墻板厚度，墻板中任意一點(diǎn)處的豎向應(yīng)力集中系數(shù)C可定義為實(shí)際豎向應(yīng)力 與平均豎向應(yīng)力q/t的比值，即：托梁剛度越小，C；框支柱b（bL）越小，C； 繪制出柱頂處的墻板應(yīng)力集中系數(shù)C與C1在bL處于不同水平時(shí)的關(guān)系曲線如右圖所示：墻梁剛度比C1定義為： 繪制出梁墻交接面處C(x)與xL在bL處于不同水平時(shí)的關(guān)系曲線如下圖所示：3.3.3 托梁軸拉力計(jì)算 按近似計(jì)算方法和上圖所示的受力分布， 半邊墻體的受力體系的平衡條件可表示為：A 當(dāng)向下的荷載， 即，有B當(dāng) 時(shí)有 研究表明：當(dāng)墻高寬度 1.5時(shí)，取拱高a=L/2偏安全且具有合理的精度。對(duì)O取矩，由平衡條件Mo=0有：偏安全地略去f/3項(xiàng)

5、，從而有3.3.4托梁的彎矩與剪力支座彎矩跨中彎矩梁端剪力=4T/(L-2b)當(dāng)墻板開(kāi)小洞時(shí)可以 代替上述公式中的C進(jìn)行分析，S為開(kāi)孔寬度；墻板開(kāi)較大且規(guī)則的洞口時(shí)可按壁式框架計(jì)算當(dāng)墻板無(wú)洞（或小洞）時(shí)按上述方法進(jìn)行分析墻板開(kāi)較大且規(guī)則的洞口時(shí)可按廣義連續(xù)方法分析（后述）； 無(wú)論有無(wú)洞口、規(guī)則與否均可按有限元方法分析。單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)(1)框架梁高比hb/L0.10框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應(yīng)力y-4.7-4.1-3.6框架梁最大拉力T0.180.160.15框架梁跨中彎矩Mbc0.0060.0050.004框架梁支座彎矩Mbs-0.00

6、1-0.001-0.001框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)(2)框架梁高比hb/L0.13框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應(yīng)力y-4.1-3.7-3.3框架梁最大拉力T0.200.180.16框架梁跨中彎矩Mbc0.0110.0090.006框架梁支座彎矩Mbs-0.002-0.002-0.002框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5

7、單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)(3)框架梁高比hb/L0.16框架柱寬比b/L0.060.080.10柱頂處墻板最大豎向應(yīng)力y-3.6-3.1-2.9框架梁最大拉力T0.210.190.17框架梁跨中彎矩Mbc0.0150.0130.011框架梁支座彎矩Mbs-0.003-0.003-0.003框支柱柱頂彎矩Mcu-0.003-0.005-0.007框支柱柱頂彎矩Mcd0.0020.0030.004框支柱軸力0.50.50.5單跨框支剪力墻在豎向荷載作用下的內(nèi)力系數(shù)系數(shù)用法：應(yīng)力=表中系數(shù)q/t 軸力T、N=表中系數(shù)qL 彎矩M=表中系數(shù)qL2適用條件：支承框架厚度等于墻厚二倍 3.

8、3.5雙跨框支墻在豎向荷載下的應(yīng)力分布特點(diǎn)1 墻板中豎向應(yīng)力的分布L0以上的墻板豎向應(yīng)力基本上是均布的；邊柱頂?shù)膲簯?yīng)力往往大于中柱頂?shù)膲毫?；常用尺寸?hb/L=0.10.16,b/L=0.060.1),邊柱頂處墻板的最大壓應(yīng)力y1約在3.85.9q/t范圍內(nèi)變動(dòng)；中柱頂處墻板的最大壓應(yīng)力y2約在2.23.4q/t范圍內(nèi)變動(dòng)；比值y1 / y2約在1.42.1范圍內(nèi)變動(dòng)。2 墻板中水平應(yīng)力的分布L0以上的墻板水平應(yīng)力基本上為零；拉應(yīng)力區(qū)近似三角形，中柱與墻板的交點(diǎn)達(dá)到最大值，約為0.71.0 q/t范圍內(nèi)變動(dòng)；拉應(yīng)力區(qū)三角形高度約為0.4L；三角形半底長(zhǎng)在0.50.7L范圍內(nèi)。剪應(yīng)力只分布在L

9、0以內(nèi)的墻板中；墻梁的交界面處，墻板的剪應(yīng)力值最大，約為1.11.5 q/t；梁的下邊緣與柱交界面處，剪應(yīng)力可達(dá)1.52.0 q/t 。3 墻板中剪應(yīng)力的分布軸拉力最大值為（0.150.2）qL，位于距外側(cè)(0.350.45)L處；在柱支承截面上，軸拉力接近于零；框支梁最大正彎矩截面位于距外側(cè)(0.150.25)L 處；最大負(fù)彎矩位于中間支座截面上。4 框支梁上的彎矩和軸拉力分布3.4 框支剪力墻在水平荷載作用下的工作特點(diǎn)和分析計(jì)算 在水平荷載作用下框支剪力墻的主要工作特點(diǎn)在距墻梁分界線 L0以上的墻體，其豎向應(yīng)力的分布基本上不受底層框架的影響， 可按豎向懸臂構(gòu)件計(jì)算（材料力學(xué)方法）， 沿水平

10、向線形分布；在高度L0以內(nèi)的墻體 逐漸向框架柱上方集中，并與托梁共同形成截面高度為(L0+hb)的“凸”字形框架梁，與底層柱共同工作；任意第i根柱的剪力與彎矩： 柱剪 力Ii為第i根柱的慣性矩 柱端彎矩 假設(shè)反彎點(diǎn)在柱中點(diǎn)h1為底層柱高任意第i根柱軸力 m為框支剪力墻底部彎矩，Mj為第j根柱柱腳彎矩與邊柱連結(jié)的框架梁端彎矩Mb近似地取為其柱端彎矩，即Mbi=Mi；與中柱連結(jié)的框架梁端彎矩等于Mi/2，即Mbi=Mi/2;框支墻頂部位移=1+2+3；1為底層框架的水平位移；2為框支柱軸向變形、底層框支橫梁轉(zhuǎn)角使墻頂產(chǎn)生的水平位移 ；3為剪力墻板作為豎向懸臂構(gòu)件所產(chǎn)生的頂端位移。 剪力墻板作為豎向

11、懸臂構(gòu)件所產(chǎn)生的頂端位移3 框支柱軸向變形、底層框架橫梁轉(zhuǎn)角使墻頂產(chǎn)生的水平位移 2底層框架的水平位移1（在側(cè)向均布荷載作用下）3.5底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系布置與協(xié)同工作計(jì)算方法3.5.1 結(jié)構(gòu)體系布置 (1) 應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換層的情況（因上、下層剛度突變）在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架、箱形結(jié)構(gòu)、斜撐等）； 6度及非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板； 7、8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)地下室的轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板在地面以上設(shè)置轉(zhuǎn)換層的位置8度抗震時(shí)不宜超過(guò)3層；7度時(shí)不宜超過(guò)5層；6度時(shí)可適當(dāng)增加；9度時(shí)不應(yīng)采用；（2） 高層結(jié)構(gòu)中，大空間的層數(shù)：（3） 結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循的原則 原則a落地墻和筒體底部應(yīng)加厚，

12、同時(shí)： 底部大空間為1或2層時(shí)，轉(zhuǎn)換層的上、下部等效剪切剛度比值 宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.4，抗震時(shí)不應(yīng)小于0.5， 按下式計(jì)算：G1. G2 底層及轉(zhuǎn)換層上層的混凝土剪變模量；A1. A2 底層及轉(zhuǎn)換層上層的折算抗剪截面面積；Awi 第i層全部剪力墻在計(jì)算方向的有效截面面積（不含翼緣）；Aci 第i層全部柱的截面面積；hi 第i層的層高；hci第i層柱沿計(jì)算方向的截面高度。當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第二層以上時(shí)，轉(zhuǎn)換層與相鄰上層的側(cè)向剛度比 不應(yīng)小于0.6。當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第二層以上時(shí)，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比 尚宜接近1；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.8。原

13、則b框支層周?chē)鷺前宀粦?yīng)錯(cuò)層布置；原則c落地墻和筒體不宜在端部開(kāi)洞；框支墻上層不宜在邊柱和中柱上部開(kāi)洞；原則d落地墻間距（長(zhǎng)矩形平面）：在非抗震時(shí)要求 且 ；抗震設(shè)計(jì)時(shí)：框支層為1-2層時(shí) 且 ， 3層以上時(shí) 且原則e落地墻與相鄰框支柱的距離：當(dāng)框支層為1-2層時(shí)不宜大于12m， 3層以上時(shí)不宜大于10m。原則f框支框架承擔(dān)的地震傾覆力矩應(yīng)小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%。原則g當(dāng)框支梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力校核鋼筋，并加強(qiáng)構(gòu)造措施。B級(jí)高度部分框支剪力墻的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，不宜采用框支主、次梁方案。（4） 剪力墻底部加強(qiáng)部位高度取為Max（框支層加其上兩層的高度

14、，1/10H）加強(qiáng)部位墻體兩端宜設(shè)置翼墻或端柱，抗震時(shí)需設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。薄弱層的地震剪力1.25的增大系數(shù)；（3.5.8）特一級(jí)、一級(jí)、二級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用計(jì)算內(nèi)力分別1.9、1.6、1.3增大系數(shù)；7度（0.15g）、8度以上轉(zhuǎn)換層構(gòu)件尚應(yīng)考慮豎向地震作用（高規(guī)4.3.2）(5) 薄弱層的地震剪力調(diào)整(6) 轉(zhuǎn)換梁（托梁）宜與框支柱截面中線重合； bb不宜大于框支柱相應(yīng)方向截面寬度，且不宜小于其上墻體厚度的2倍及400mm;當(dāng)托梁上有柱時(shí)不宜小于柱寬； 截面高度hb不宜小于1/8倍計(jì)算跨度；托梁上不宜開(kāi)洞，若必須開(kāi)洞時(shí)，洞口邊離開(kāi)支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面應(yīng)進(jìn)行

15、承載力計(jì)算，因開(kāi)洞形成的上、下弦桿應(yīng)加強(qiáng)縱筋和箍筋的配置。 對(duì)托柱轉(zhuǎn)換梁的托柱部位和框支梁上部的墻體開(kāi)洞部位，梁的箍筋應(yīng)加密配置，加密區(qū)范圍可去梁上托柱邊或墻邊兩側(cè)各1.5倍轉(zhuǎn)換梁高度。托柱轉(zhuǎn)換梁應(yīng)沿腹板高度配置腰筋，其直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。轉(zhuǎn)換梁縱筋接頭宜采用機(jī)械連接，同一連接區(qū)段內(nèi)接頭鋼筋截面面積不宜超過(guò)全部縱筋截面面積的50%，接頭位置應(yīng)避開(kāi)上部墻體開(kāi)洞部位、梁上托柱部位及受力加大部位。托柱轉(zhuǎn)換梁在轉(zhuǎn)換層宜在托柱位置設(shè)置正交方向的框架梁或樓面梁。轉(zhuǎn)換梁縱筋構(gòu)造；(7) 轉(zhuǎn)換柱a地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值按如下所述進(jìn)行調(diào)整 若每層框支柱總數(shù)不多于10根，1-2層框支時(shí)每根柱所受

16、剪力至少取基底剪力V0的2%，3層及以上時(shí)至少取3%；若每層框支柱總數(shù)多于10根，1-2層框支時(shí)每層柱所受剪力之和至少取基底剪力V0的20%，3層及以上時(shí)至少取30%；注：框支柱剪力調(diào)整后應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱的彎矩及柱端框架梁的剪力和彎矩，但框支梁的剪力和彎矩，框支柱的軸力可不調(diào)整。 b.與轉(zhuǎn)換構(gòu)件相連的一、二級(jí)柱上端與底層柱下端截面的彎矩組合值應(yīng)分別乘以1.5、1.3的放大系數(shù)；C.在考慮b項(xiàng)的基礎(chǔ)上，框支角柱的M、V設(shè)計(jì)值1.1； d.一、二級(jí)框支柱有地震作用產(chǎn)生的軸力分別乘1.5、1.2，但軸壓比計(jì)算時(shí)不宜考慮該增大系數(shù)，一、二級(jí)軸壓比限值分別為0.6、0.7； e. 截面尺寸要求 非抗震時(shí)

17、bc400mm， 抗震時(shí)bc450mm非抗震時(shí)hc1/15框支梁跨， 抗震時(shí)hc1/12框支梁跨； f. 配筋要求 柱內(nèi)全部縱筋最小配筋率：非抗震時(shí)0.7%， 一級(jí)抗震時(shí)1.1%，二級(jí)抗震0.9%抗震設(shè)計(jì)時(shí)，箍筋應(yīng)采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù) 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直徑10mm， 間距不應(yīng)大于10mm和6倍縱筋直徑的較小值 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，箍筋應(yīng)采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù) 合箍，并沿柱全高加密，箍筋直徑10mm， 間距不應(yīng)大于10mm和6倍縱筋直徑的較小值 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，箍筋配箍特征值應(yīng)比普通框架柱 要求的數(shù)值增加0.02采用，且箍筋體積配箍率 不應(yīng)小于1.5%。 (8) 落地墻：特一級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)底部加強(qiáng)部位的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)按墻底截面考慮地震作用組合的彎矩值1.8、1.5、1.3、1.1采用，剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)分別1.9（其他部位為1.4）、1.6、1.4、1.2。落地剪力墻墻肢不宜出現(xiàn)偏心受拉(9) 樓板：