剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移計(jì)算

高層建筑筑結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)主講人人：謝孝孝副副教教授后勤工程程學(xué)院建建筑工程程系結(jié)構(gòu)教研研室電話:68598194移動(dòng)HAPTERSix1剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)內(nèi)力和位位移計(jì)算算CHAPTERSix§6.1剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)的計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖圖和分類類§6.2整體墻的的計(jì)算§6.3整體小開(kāi)開(kāi)口墻的的計(jì)算§6.4雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算2剪力墻的的類型整體墻和和小開(kāi)口口整體墻墻雙肢墻多肢墻壁式框架架底層大空空間剪力力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)§6.1剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)的計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖圖和分類類10/26/20223剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)的計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)圖圖和分類類一、剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)縱橫兩個(gè)個(gè)方向均均由鋼筋筋混凝土土墻組成成的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系10/26/20224二、計(jì)算假假定：1、平面結(jié)構(gòu)構(gòu)假定：分分別按照縱縱、橫兩個(gè)個(gè)方向的平平面抗側(cè)力力結(jié)構(gòu)進(jìn)行行計(jì)算，但但是可以考考慮縱橫墻墻的共同工工作，把正正交的另一一方向的墻墻作為翼緣緣部分參與與工作。2、剛性樓板板假定：水水平荷載按按照各墻等等效抗彎剛剛度分分配配剪力墻結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡(jiǎn)圖和和分類10/26/20225三、內(nèi)力與位位移計(jì)算思路路N－由豎向荷載和和水平荷載共共同產(chǎn)生M－由水平荷載產(chǎn)產(chǎn)生V－由水平荷載產(chǎn)產(chǎn)生受受剪剪(水平鋼筋)壓彎構(gòu)件(豎向構(gòu)件)豎向荷載下的的N：按照每片墻的的承載面積計(jì)計(jì)算水平荷載下的的M、N、V：按照墻的等效效剛度分配至至各墻對(duì)比框架、剪剪力墻：剪力墻框架剪力墻結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡(jiǎn)圖和和分類10/26/20226四、剪力墻的的分類：按照照開(kāi)洞大小、、截面應(yīng)力分分布特點(diǎn)整體墻整體小開(kāi)口墻墻聯(lián)肢墻壁式框架1、整體墻（彎矩圖為曲曲線，截面應(yīng)應(yīng)力分布為直直線）（1）無(wú)洞口或洞洞口面積不超超過(guò)墻面面積積的15％，且孔洞間間凈距及孔洞洞至墻邊凈距距大于孔洞長(zhǎng)長(zhǎng)邊（2）雙肢墻，但連梁很弱弱（<1），作為兩個(gè)個(gè)獨(dú)立實(shí)體墻墻剪力墻結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡(jiǎn)圖和和分類10/26/202272、整體小開(kāi)口口墻（1）彎矩圖成鋸鋸齒形，截面面應(yīng)力分布接接近直線（2）洞口面積>15％，但是整體體系數(shù)>10，截面慣性矩矩比3、聯(lián)肢墻（1）彎矩圖呈顯顯著鋸齒型，，截面應(yīng)力不不是直線分布布，＝1～104、壁式框架（1）墻肢彎矩圖圖中各層有反反彎點(diǎn)，墻肢肢拉壓力較大大（2）>10(連梁強(qiáng)、墻肢肢弱），剪力墻結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡(jiǎn)圖和和分類10/26/20228剪力墻結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡(jiǎn)圖和和分類10/26/20229§6.2整體墻的計(jì)算算1、判別條件：：洞口<15％；或雙肢<1，成2個(gè)獨(dú)立墻2、內(nèi)力計(jì)算：：按豎向懸臂臂桿（材料力力學(xué)方法）均布荷載為例例底部截面內(nèi)力力：位移：頂點(diǎn)：（1）無(wú)洞口情況況10/26/202210整體墻墻的計(jì)計(jì)算（2）有洞洞口情情況a.洞口截截面面面積的的削弱弱：等效截截面面面積：：洞口削削弱系系數(shù)：：剪力墻墻洞口口總立立面面面積剪力墻墻立面面總墻墻面面面積b.等效慣慣性矩矩剪力墻墻沿豎豎向各各段的的慣性性矩各段相相應(yīng)的的高度度10/26/202211c.側(cè)移計(jì)計(jì)算：：1）頂部部集中中力2）均布布荷載載3）倒荷載載(d)等效剛剛度：：——剪力不不均勻勻系數(shù)數(shù)矩形截截面取取1.2，形截面面為全全面積積/腹板面面積，，T形截面面查表表總水平平荷載載按等等效剛剛度分分配到到各片片墻整體墻墻的計(jì)計(jì)算10/26/202212§6.3整體小小開(kāi)口口墻的的計(jì)算算1、判別別條件件：洞口>15%，但>10；內(nèi)力特特點(diǎn)：：正應(yīng)力力基本本直線線分布布，局局部彎彎曲不不超過(guò)過(guò)整體體彎曲曲的15％，墻墻肢彎彎矩沒(méi)沒(méi)有反反彎點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算方方法：：材料料力學(xué)學(xué)公式式略加加修正正10/26/202213整體小小開(kāi)口口墻的的計(jì)算算2、內(nèi)力力計(jì)算算墻肢彎彎矩：：墻肢軸軸力：：墻肢剪剪力：：底層其他層層剪力力：M—x截面的的外彎彎矩整體彎彎曲獨(dú)立墻墻肢彎彎曲＋最終墻墻肢彎彎曲正正應(yīng)力力10/26/202214§6.3整體小小開(kāi)口口墻的的計(jì)算算3、側(cè)移移計(jì)算算整體小小開(kāi)口口墻頂頂點(diǎn)側(cè)側(cè)移＝＝（整整體墻墻頂點(diǎn)點(diǎn)側(cè)移移公式式）x1.24、等效剛剛度整體小小開(kāi)口口墻等等效剛剛度＝＝（整整體墻墻等效效剛度度）/1.2連梁剪剪力可可由上上、下下墻肢肢的軸軸力差差計(jì)算算個(gè)別小小墻肢肢：10/26/202215§6.3整體小開(kāi)口口墻的計(jì)算算小開(kāi)口整體體墻的判別別條件(1)連梁和墻肢肢的剛度比比(整體參與系系數(shù)）較大：：≥10(2)保證墻肢的的剛度較大大：Z為系數(shù)，與與及層數(shù)數(shù)N有關(guān)99表10/26/202216§6.4雙肢墻與多多肢墻的計(jì)計(jì)算1、判別條件：：＝1～10；2、內(nèi)力計(jì)算算（連續(xù)連連桿方法））（1)計(jì)算簡(jiǎn)圖和和計(jì)算假定定將連梁沿高高度離散為為均勻分布布的連續(xù)柵柵片(如圖)，形成連續(xù)續(xù)結(jié)構(gòu)10/26/202217雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算基本假定定適用條件件：開(kāi)洞洞規(guī)則，，墻厚、、層高不不變（1）忽略連連梁軸向向變形，，即假定定兩墻肢肢水平位位移完全全相同（2）兩墻肢肢各截面面的轉(zhuǎn)角角和曲率率都相等等，連梁梁兩端轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角相等等，連梁梁反彎點(diǎn)點(diǎn)在梁的的中點(diǎn)（3）墻肢截截面、連連梁截面面、層高高等幾何何尺寸沿沿全高是是相同的的（2）基本思思路沿連桿中中點(diǎn)（反反彎點(diǎn)））切開(kāi)，，以剪力力（x）為未知數(shù)數(shù)，得2個(gè)靜定懸懸臂墻的的基本體體系——通過(guò)切口口的變形形協(xié)調(diào)（（相對(duì)位位移為0）建立（x）的微分方方程（力力法）——求解微分分方程的的（x），積分得剪剪力V——再通過(guò)平平衡條件件求出連連梁梁端端彎矩，，墻肢軸軸力及彎彎矩10/26/202218（3）建立微分分方程關(guān)關(guān)鍵條件件變形協(xié)調(diào)調(diào)條件：：——墻肢彎曲曲變形產(chǎn)產(chǎn)生的切切口相對(duì)對(duì)位移——墻肢軸向向變形產(chǎn)產(chǎn)生的切切口相對(duì)對(duì)位移——連梁彎曲曲變形和和剪切變變形產(chǎn)生生的切口口相對(duì)位位移墻肢轉(zhuǎn)角角變形雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算10/26/202219墻肢軸向向變形連梁彎曲曲及剪切切變形得到微分分方程(f)雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算10/26/202220力平衡條條件——水平荷載載產(chǎn)生的的傾覆力力矩——墻肢截面面上的彎彎矩與軸軸力——洞口兩側(cè)側(cè)墻肢軸軸向間距距雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算10/26/202221力與變形形關(guān)系微分方程程及其解解圖表及其其應(yīng)用——雙肢墻計(jì)計(jì)算步驟驟根據(jù)力與與變形關(guān)關(guān)系得不不同荷載載情況下下得微分分方程(k)代入方程程(f)中，得到到雙肢墻墻基本微微分方程程式(L)雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算10/26/202222(4)雙肢墻內(nèi)內(nèi)力計(jì)算算步驟（（連續(xù)連連桿法，，圖表法法）①幾何參參數(shù)連梁：——連梁截面面折算慣慣性矩——連梁截面面慣性矩矩和面積積——連梁截面面計(jì)算跨跨度一半半，設(shè)連連梁凈跨跨為2a0，——洞口兩側(cè)側(cè)墻肢軸軸線距離離一半墻肢：連梁剛度度雙肢墻與與多肢墻墻的計(jì)算算10/26/202223②整體系數(shù)h——層高（各層不不等時(shí)可取沿沿高度的加權(quán)權(quán)平均值）——整體系數(shù)1——連梁與墻肢剛剛度比，未考考慮墻肢軸向向變形的整體體系數(shù)H——剪力墻總高度度T——軸向變形影響響系數(shù)，2肢雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/202224③連梁約束彎矩矩函數(shù)根據(jù)：荷載形形式、、、，，查圖表表得V0—底部截面剪力力()參見(jiàn)教材列表表④連梁內(nèi)力j層連梁約束彎彎矩：頂層：一般層：j層連梁剪力：：j層連梁端彎矩矩：雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/202225⑤墻肢內(nèi)力軸力彎矩剪力——水平荷載在j層截面處的傾傾覆力矩——水平荷載在j截面處的總剪剪力剪力計(jì)算的慣慣性矩為考慮慮剪切變形影影響后的折算算慣性矩見(jiàn)教材雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/202226(5)多肢墻內(nèi)力計(jì)計(jì)算步驟①幾何參數(shù)（（同雙肢）②整體系數(shù)T——軸向變形影響響系數(shù)，3～4肢時(shí)取0.8，5～7肢時(shí)取0.85，8肢及以上時(shí)取取0.9③連梁約束彎矩矩函數(shù)（同雙雙肢）雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/202227④連梁內(nèi)力將連梁總約束束彎矩分配給給各列連梁i—多肢墻連梁約約束彎矩分布布系數(shù)為i列連梁跨中剪剪應(yīng)力和平均均值之比ri—第i列連梁中點(diǎn)距距墻邊的距離離B—總寬雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/202228i列j層連梁剪力：：i列j層連梁彎矩：：⑤墻肢內(nèi)力軸力（考慮墻墻肢兩側(cè)連梁梁的剪力）邊墻肢中間墻肢彎矩剪剪力力雙肢墻與多肢肢墻的計(jì)算10/26/2022293、側(cè)移移計(jì)算算倒三角角荷載載均布荷荷載頂部集集中力力雙肢墻墻與多多肢墻墻的計(jì)計(jì)算10/26/2022304、等效效剛度度倒三角角荷載載均布荷荷載頂部集集中力力——剪切影影響系系數(shù)，當(dāng)H/B>4，?。?——系數(shù)，，根據(jù)據(jù)荷載載形式式和查表4－8（P118）雙肢墻墻與多多肢墻墻的計(jì)計(jì)算10/26/2022315、討論雙肢墻側(cè)移移、連梁內(nèi)內(nèi)力、墻肢肢內(nèi)力沿高高度分布曲曲線如圖連梁最大剪剪力不在底底層，愈愈大連梁剪剪力愈大，，最大值下下移側(cè)移曲線呈呈彎曲型，，愈大，，整體剛度度愈大，側(cè)側(cè)移愈小雙肢墻與多多肢墻的計(jì)計(jì)算10/26/202232墻肢軸力即即為該截面面以上連梁梁剪力之和和，向下逐逐漸加大墻肢彎矩與與有關(guān)，，愈大大連梁愈強(qiáng)強(qiáng)，連梁內(nèi)內(nèi)力愈大，，而墻肢彎彎矩愈小雙肢墻與多多肢墻的計(jì)計(jì)算10/26/202233總結(jié)：在相同Mp作用下，愈大，則則連梁愈強(qiáng)強(qiáng)，連梁的的M、V愈大；而墻肢軸力力N愈大，墻肢肢彎矩M愈小因?yàn)椋弘p肢墻與多多肢墻的計(jì)計(jì)算10/26/202234§6.5壁式框架（（帶剛域框框架）的計(jì)計(jì)算1、判別條件件：>10；壁式框架與與普通框架架對(duì)比：相同點(diǎn)：在在水平荷載載作用下會(huì)會(huì)出現(xiàn)反彎彎點(diǎn)不同點(diǎn)：（1）梁寬柱寬寬，其剛度度要考慮剪剪切變形的的影響而降降低（2）梁墻相交交部分面積積大變形小小，形成剛剛域，其剛剛度要考慮剛域域的影響而而提高結(jié)論：壁式式框架的計(jì)計(jì)算考慮兩兩個(gè)修正后后，內(nèi)力和和位移計(jì)算算方法與普通框框架相同，，采用D值法10/26/202235§6.5壁式框架（（帶剛域框框架）的計(jì)計(jì)算2、剛域的取法法帶剛域框架架的梁柱軸軸線取連梁梁和墻肢的