高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第7章 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

第7章框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呂夢(mèng)周§7.1框架——剪力墻結(jié)構(gòu)布置框架部分按框架剪切墻部分按剪力墻設(shè)計(jì)滿足一些特殊要求2/7/20233剪力墻的布置應(yīng)遵循“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”的原則1、雙向抗側(cè)力體系兩個(gè)主軸方向均勻布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。如果僅在一個(gè)主軸方向布置剪力墻，將造成兩個(gè)主軸方向結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度相差懸殊，可能使結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。2、剛性連接及構(gòu)件對(duì)中布置在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了保證結(jié)構(gòu)的整體剛度和幾何不變性，同時(shí)為提高結(jié)構(gòu)在大震作用下的穩(wěn)定性而增加其贅余約束，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接（節(jié)點(diǎn)）應(yīng)采用剛接。梁與柱或柱與剪力墻的中心線宜重合，以使內(nèi)力傳遞和分布合理，且保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的完整性。3、剪力墻的布置剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過(guò)大；平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻；縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和［形等型式；單片剪力墻底部承擔(dān)的水平剪力不宜超過(guò)結(jié)構(gòu)底部總水平剪力的30％，以免受力過(guò)分集中；剪力墻宜貫通建筑物的全高，宜避免剛度突變；剪力墻開(kāi)洞時(shí)，洞口宜下對(duì)齊；樓、電梯間等豎井的設(shè)置，宜盡量與其附近的框架或剪力墻的布置相結(jié)合，使之形成連續(xù)、完整的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的側(cè)向剛度接近；2/7/20235

在長(zhǎng)矩形平面中，如果兩片橫向剪力墻的間距過(guò)大，或兩墻之間的樓蓋開(kāi)大洞時(shí)，樓蓋在自身平面內(nèi)的變形過(guò)大，不能保證框架與剪力墻協(xié)同工作，框架承受的剪力將增大；如果縱向剪力墻集中布置在房屋兩端，中間部分樓蓋受到兩端剪力墻的約束，在混凝土收縮或溫度變化時(shí)容易出現(xiàn)裂縫。因此，長(zhǎng)矩形平面或平面有一部分較長(zhǎng)的建筑中，其剪力墻的布置宜符合下列要求：1)橫向剪力墻沿房屋長(zhǎng)方向的間距宜滿足下表的要求，當(dāng)這些剪力墻之間的樓蓋有較大開(kāi)洞時(shí)，剪力墻的間距應(yīng)適當(dāng)減?。?)縱向剪力墻不宜集中布置在房屋的兩盡端。注:1.表中B表示樓面寬度,單位為m;

2.裝配整體式樓蓋指裝配式樓蓋上設(shè)有配筋現(xiàn)澆層；

3.現(xiàn)澆層厚度大于60mm的預(yù)應(yīng)力疊合板可作為現(xiàn)澆板考慮。

4.當(dāng)房屋端部未布置剪力墻時(shí)，第一片剪力墻與房屋端部的距

離，不宜大于表中剪力墻剪力墻間距的1/2。2/7/20237框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置示意圖§7.2剪力墻的設(shè)置數(shù)量

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度主要由同方向各片剪力墻截面彎曲剛度的總和控制，結(jié)構(gòu)的水平位移隨增大而減小。為滿足結(jié)構(gòu)水平位移的限值要求，建筑物愈高，所需要的值愈大。但剪力墻數(shù)量也不宜過(guò)多，否則地震作用相應(yīng)增加，還會(huì)使絕大部分水平地震力被剪力墻吸收，框架的作用不能充分發(fā)揮，既不合理也不經(jīng)濟(jì)。一般以滿足結(jié)構(gòu)的水平位移限值作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)較為合適。設(shè)計(jì)條件7度、Ⅱ類土8度、Ⅱ類土3%~5%4%~6%2%~3%3%~4%§7.3帶邊框剪力墻的最小厚度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位均不應(yīng)小于200mm，且不應(yīng)小于層高的1/16；除上述以外的其他情況下不應(yīng)小于160mm，且不應(yīng)小于層高的1/20§7.4框架—剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移計(jì)算一、豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算框架—剪力墻結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，框架內(nèi)力計(jì)算方法同框架結(jié)構(gòu)；剪力墻的內(nèi)力計(jì)算方法同剪力墻結(jié)構(gòu)二、水平荷載作用下內(nèi)力及側(cè)移計(jì)算

框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的變形與受力特征對(duì)比：框架——剪切型——層剪力按照D值分配剪力墻——彎曲型——層剪力按照EI值分配框剪——彎剪型——層剪力按照？？分配在下部：剪力墻幫框架受剪——框架底部剪力減少在上部：框架幫剪力墻受剪——框架頂部剪力加大框架－剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架，其所受剪力以及層間變形趨于均勻化2/7/2023131、基本假定（1）、結(jié)構(gòu)單元內(nèi)同方向的所有框架合并為總框架，所有連梁合并為總連梁，所有剪力墻合并為總剪力墻。總框架、總連梁和總剪力墻的剛度分別為各單個(gè)結(jié)構(gòu)剛度之和。（2）、在同一樓層上，總框架和總剪力墻的水平位移相等。（3）、風(fēng)荷載及水平地震作用由總框架（包括總連梁）和總剪力墻共同承擔(dān)。2、計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)總剪力墻與總框架之間的聯(lián)系性質(zhì)，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖可分為兩類——鉸結(jié)體系與剛結(jié)體系（1）通過(guò)樓板聯(lián)系——簡(jiǎn)化為鉸結(jié)連梁，形成鉸結(jié)體系總剪力墻總框架2/7/202315(2)通過(guò)樓板和連梁聯(lián)系——簡(jiǎn)化為剛結(jié)連梁，形成剛結(jié)體系主要考慮連梁對(duì)剪力墻的剛結(jié)端，當(dāng)梁很弱時(shí)也可忽略其約束作用而處理成鉸結(jié)端；框架與總連梁間為鉸結(jié)，表示樓板的連接作用，至于梁對(duì)框架柱的約束作用將反映在D值中總剪力墻總框架2/7/2023163、框架—剪力墻鉸結(jié)體系協(xié)同工作計(jì)算

（1）、總剪力墻及總框架的剛度計(jì)算總剪力墻抗彎剛度，為每片墻的等效抗彎剛度總框架抗剪剛度，表示產(chǎn)生單位層間角位移所需的推力，如下圖所示框架抗剪剛度框架的D值2/7/202317（2）、微分方程的建立力（荷載）平衡條件：變形協(xié)調(diào)條件2/7/202318力與變形關(guān)系剪力墻框架2/7/202319上式聯(lián)立，經(jīng)整理可得引入（稱為剛度特征值）則得2/7/202320由上式可解出結(jié)構(gòu)的側(cè)移y，并由此求出：2/7/202321（3）、計(jì)算圖表的應(yīng)用

①根據(jù)荷載形式（有三種）、剛度特征值和高度坐標(biāo)查圖表得系數(shù)②根據(jù)荷載形式按懸臂桿計(jì)算頂點(diǎn)側(cè)移fH，底截面彎矩M0和底截面剪力V0③計(jì)算結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移y、總剪力墻彎矩Mw和剪力VW以及總框架剪力VF2/7/2023224、框架—剪力墻剛結(jié)體系協(xié)同工作計(jì)算

剛結(jié)體系與鉸結(jié)體系的主要區(qū)別在于：總剪力墻與總框架之間的連梁對(duì)墻肢有約束彎矩。即連梁切開(kāi)后，除軸力外，還有剪力，將剪力向墻肢截面形心取矩，并沿高度連續(xù)化，便形成分布的約束彎矩m（x），如圖。即連梁對(duì)墻肢具有約束作用2/7/202323（1）、剛結(jié)連梁對(duì)墻肢端約束彎矩m(x)的計(jì)算剪力墻與框架間的連梁剪力墻之間的連梁剛域取法和連梁約束彎矩系數(shù)參照壁式框架2/7/202324①兩端有剛域的約束彎矩系數(shù)（連梁兩端均為剪力墻）②另一端有剛域的約束彎矩系數(shù)（連梁一端為剪力墻，另一端為框架）2/7/202325③當(dāng)轉(zhuǎn)角為(x)，同一層有n個(gè)剛結(jié)點(diǎn)，并沿層高h(yuǎn)離散使之連續(xù)化，則總線約束彎矩為鋼結(jié)連梁的約束彎矩使剪力墻x截面產(chǎn)生的彎矩為：相應(yīng)的剪力(等代剪力)：相應(yīng)的荷載(等代荷載)：鋼結(jié)連梁的約束彎矩所分擔(dān)的剪力和荷載2/7/202326（2）、微分方程的建立（與鉸結(jié)體系相仿）2/7/202327經(jīng)整理可得引入則得2/7/202328比較鉸結(jié)體系微分方程相同，因此鉸結(jié)體系中微分方程的解及圖表對(duì)剛結(jié)體系均適用值的計(jì)算不同剛結(jié)體系的相當(dāng)于鉸結(jié)體系的，因此剪力計(jì)算兩者不同，即用圖表得：由平衡條件：鉸結(jié)體系剛結(jié)體系式中：稱為框架廣義剪力2/7/202329（3）、計(jì)算步驟①由荷載形式、、查圖表，得系數(shù)②按懸臂桿計(jì)算③位移與內(nèi)力結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移總剪力墻總彎矩總框架廣義剪力總框架總剪力總連梁總約束彎矩總剪力墻總剪力2/7/2023305構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算（內(nèi)力的“再分配”）問(wèn)題：求出總剪力墻、總框架、總連梁的內(nèi)力后，如何計(jì)算各墻肢、框架梁、框架柱及連梁的內(nèi)力（1）、剪力墻的內(nèi)力按各片墻的等效抗彎剛度

分配總剪力墻的總內(nèi)力，即2/7/202331（2）、框架梁柱的內(nèi)力按照各柱的抗側(cè)剛度D值分配總框架的總剪力VF，并取各樓層上、下兩層樓板標(biāo)高處的VF的平均值作為該層柱中點(diǎn)（反彎點(diǎn)）的剪力，據(jù)此剪力按平衡條件再求梁柱的其他內(nèi)力，各層柱中點(diǎn)的剪力為為了保證框架的安全，高規(guī)規(guī)定：VF應(yīng)不小于0.2V0；對(duì)VF<0.2V0樓層，設(shè)計(jì)時(shí)取1.5和0.2V0的較小值，其中V0為地震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)底部總剪力，為各層框架部分承擔(dān)的總剪力中的最大值2/7/202332（3）、連梁的內(nèi)力按連梁的剛結(jié)端剛度系數(shù)分配總連梁的總約束彎矩，得連梁在墻肢軸線處的彎矩再求連梁剪力及連梁在墻邊處彎矩墻肢轉(zhuǎn)角相同，連梁反彎點(diǎn)在跨中點(diǎn)2/7/2023336、討論（1）、剛度特征值對(duì)框架結(jié)構(gòu)受力和位移特征的影響剛度特征值，反映了框架抗推剛度（包括連梁約束剛度）與剪力墻抗彎剛度的比值影響。當(dāng)＝0時(shí)即為純剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)＝∞時(shí)即為純框架結(jié)構(gòu)

①位移曲線<1時(shí)，變形曲線呈彎曲形>6時(shí)，變形曲線呈剪切形＝1～6時(shí)，變形曲線呈彎剪型（或反S型）

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②剪力分配沿高度不成一定比例在底部：剪力墻的剪力最大，框架的剪力為0(近似計(jì)算造成)

在上部：剪力墻出現(xiàn)負(fù)剪力，而框架承擔(dān)的剪力比外荷載產(chǎn)生的剪力還要大在頂部：剪力墻與框架的剪力都不等于02/7/202335

③水平荷載分配對(duì)剪力和微分后可得荷載和。在底部：剪力墻所受的荷載比外荷載大，而框架承受反向荷載；在頂部：剪力墻與框架有大小相等、方向相反的集中力，這是由于它們的頂部剪力不等于0的緣故2/7/202336（2）、框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題框剪結(jié)構(gòu)容易滿足平面布置靈活和有較大抗側(cè)剛度的要求。此外，由于框架與剪力墻協(xié)同工作，使框架層剪力分布，從底到頂趨于均勻（與純框架結(jié)構(gòu)中，框架層剪力上小下大不同），這對(duì)框架的設(shè)計(jì)十分有利－框架柱和梁的斷面尺寸和配筋可以上下比較均勻由此可以看出三個(gè)值得注意的問(wèn)題：①純框架設(shè)計(jì)完畢后，如果又增加了一些剪力墻（例如電梯井，樓梯井等改成剪力墻），就必須按框架－剪力墻結(jié)構(gòu)重新核算②剪力墻與框架協(xié)同工作的基本條件是：傳遞剪力的樓板必須有足夠的整體剛度。因此框剪結(jié)構(gòu)的樓板應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu)，剪力墻的最大間距不能超過(guò)規(guī)定限值2/7/202337③框架結(jié)構(gòu)中剪力墻的容量剪力墻數(shù)量多，地震震害減輕，多設(shè)剪力墻可以提高建筑物抗震性能。但是剪力墻數(shù)量愈多，建筑物用料愈多、造價(jià)愈高。剪力墻愈多則剛度愈大，自振周期愈短，地震作用愈大，加大了結(jié)構(gòu)的受力。而且，即使剪力墻再多，框架部分耗用的材料并不能減少（因?yàn)椋┘袅?shù)量要滿足位移限值是一個(gè)必要條件。此外，應(yīng)使剪力墻與框架的比例適當(dāng)，使＝1.1～2.2為宜2/7/202338§7.5截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造要求框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻周邊一般與梁、柱連結(jié)在一起，形成帶邊框的剪力墻。為了使墻板與邊框能整體工作，墻板自身應(yīng)有一定的厚度以保證其穩(wěn)定性。一般情況下，剪力墻的截面厚度不應(yīng)小于160mm，且不應(yīng)小于層高的1/20；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位均不應(yīng)小于200mm，且不應(yīng)小于層高的1/16。當(dāng)剪力墻截面厚度不滿足上述要求時(shí)，應(yīng)對(duì)墻體進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。剪力墻的水平分布鋼筋應(yīng)全部錨入邊框內(nèi)，錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于la（非抗震設(shè)計(jì)）或laE（抗震設(shè)計(jì)）。帶邊框剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜與邊框柱相同。邊框柱宜與該榀框架其他柱的截面相同，且應(yīng)符合一般框架柱的構(gòu)造配筋規(guī)定。剪力墻底部加強(qiáng)部位邊框柱的箍筋宜沿全高加密；當(dāng)帶邊框剪力墻上的洞口緊鄰邊框柱時(shí)，邊框柱的箍筋宜沿全高加密。與剪力墻重合的框架梁可保留，亦可做成寬度與墻厚相同的暗梁，暗梁截面高度可取墻厚的2倍或與該片框架