多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第5章 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算

第5章框架-剪力墻結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算5.1概述5.1.1協(xié)同工作當(dāng)剛性樓蓋將它們聯(lián)系在一起時(shí)，樓蓋那么迫使二者在同一樓層上必須保持相同的位移，從而共同工作。5.1.2墻量及優(yōu)缺點(diǎn)圖5-1框-剪變形曲線框-剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)缺點(diǎn)：水平方向剛度不均勻。5.1.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)①合理確定墻量(見前述)。②剪力墻布置原那么——對稱、均勻、周邊、分散。③水平力分配的兩個(gè)原那么④對于H＜50m，H/B＜4的框-剪結(jié)構(gòu)，采用簡化計(jì)算方法時(shí)，一般不計(jì)軸向變形影響。⑤在協(xié)同分析后，框架剪力值需進(jìn)行調(diào)整。⑥剪力墻應(yīng)雙向(縱橫向)設(shè)置，橫向剪力墻宜靠端部設(shè)置，縱向剪力墻不宜集中布置在兩盡端。⑦框-剪中的剪力墻應(yīng)為邊框剪力墻，剪力墻的水平鋼筋應(yīng)全部錨入邊柱內(nèi)，正截面計(jì)算的主要豎向受力鋼筋應(yīng)配在邊框柱內(nèi)。⑧應(yīng)優(yōu)先采用現(xiàn)澆樓蓋。⑨小震下內(nèi)力和位移計(jì)算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度，但連梁的剛度在計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮剪切變形予以折減，6度及7度時(shí)，折減系數(shù)≥0.8；8度及9度時(shí)，折減系數(shù)≥0.55。計(jì)算風(fēng)荷載作用時(shí)不折減。⑩計(jì)算總框架、總剪力墻和總連梁時(shí)，不能跨越變形縫。當(dāng)連梁抗彎剛度較小，其轉(zhuǎn)動約束可忽略不計(jì)時(shí)，可采用鉸結(jié)計(jì)算簡圖。連梁指一端或兩端與剪力墻連接的梁；兩端與框架柱相連的梁屬框架梁，應(yīng)區(qū)別之。應(yīng)進(jìn)行彈性側(cè)移計(jì)算。5.2鉸結(jié)體系協(xié)同工作計(jì)算5.2.1根本微分方程的建立與求解(1)概述在水平荷載下，剛性樓蓋，計(jì)算方法大體分為兩類，一類為利用計(jì)算機(jī)的矩陣位移法，具體有多種軟件可供選擇；另一類那么為簡化方法，例如微分方程法等，此處主要介紹微分方程法。(2)根本假定①樓蓋在平面內(nèi)剛度無窮大，平面外剛度略去不計(jì)，框架局部和剪力墻局部之間無相對位移。②當(dāng)結(jié)構(gòu)大體規(guī)那么，水平力的合力通過結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心時(shí)，不計(jì)扭轉(zhuǎn)影響。③框架與剪力墻的剛度特征值，沿結(jié)構(gòu)高度方向均為常量。(3)根本微分方程圖5-2計(jì)算簡圖圖5-3根本體系總剪力墻抗彎剛度為各片剪力墻等效抗彎剛度之和微分一次側(cè)移y(x)的微分方程令那么微分方程可為(4)微分方程求解1)通解微分方程(5-14)的特征方程特征方程的解齊次方程通解2)特解3)確定積分常數(shù)頂點(diǎn)處的剪力值積分常數(shù)4)根本微分方程的解5.2.2總剪力墻和總框架的內(nèi)力及側(cè)移側(cè)移與內(nèi)力間的微分關(guān)系均布荷載作用下：倒三角形荷載作用下：頂點(diǎn)集中力作用下：總剪力墻和總框架的內(nèi)力圖5-4均布荷載位移系數(shù)圖5-5均布荷載剪力墻彎矩系數(shù)圖5-6均布荷載剪力墻剪力系數(shù)圖5-7倒三角荷載位移系數(shù)圖5-8倒三角荷載墻彎矩系數(shù)圖5-9倒三角荷載墻剪力系數(shù)圖5-10集中荷載位移系數(shù)圖5-11集中荷載墻彎矩系數(shù)圖5-12集中荷載墻剪力系數(shù)5.2.3剪力墻和框架柱內(nèi)力計(jì)算在計(jì)算各剪力墻所分配的內(nèi)力時(shí)，可取各層樓板標(biāo)高處的M、V作為設(shè)計(jì)內(nèi)力，對于框架柱，應(yīng)取各柱反彎點(diǎn)位置的坐標(biāo)計(jì)算VF，但因計(jì)算過繁，故可近似取各層柱的中點(diǎn)作為反彎點(diǎn)位置，用各樓層上、下兩層樓板標(biāo)高處的柱剪力的平均值，作為該層柱子中點(diǎn)處的剪力。柱子剪力求出后，那么不難求出各桿件內(nèi)力。5.3剛結(jié)體系協(xié)同工作計(jì)算5.3.1剛結(jié)連桿桿端約束彎矩對于兩端有剛域桿的約束彎矩系數(shù)在左面有剛域的梁端約束彎矩系數(shù)圖5-13框架-剪力墻剛結(jié)體系計(jì)算簡圖梁端轉(zhuǎn)角為θ時(shí)梁端約束彎矩沿層高h(yuǎn)均布的分布彎矩某一層內(nèi)總約束彎矩為5.3.2根本方程及求解連梁線性約束彎矩在總剪力墻x高度的截面處產(chǎn)生的彎矩為微分方程令那么有5.3.3有關(guān)問題說明式(5-41)即剛結(jié)體系的微分方程，此式與鉸結(jié)體系的微分方程(5-14)完全相同，故前面給出的鉸結(jié)體系微分方程的解及圖表，對剛結(jié)體系均可適用，但需注意以下區(qū)別：①λ值計(jì)算不同，剛結(jié)體系時(shí)采用式(5-40)。②內(nèi)力表達(dá)式不同。在剛結(jié)體系中，由結(jié)構(gòu)任意高度處水平方向力的平衡條件得出以下各式剛結(jié)體系計(jì)算步驟①由剛結(jié)體系的λ值及ξ值，查表并計(jì)算確定。②據(jù)式(5-43)計(jì)算總框架廣義剪力。③將總框架廣義剪力，按總框架抗側(cè)剛度及總連梁約束剛度比例分配，得出框架總剪力及連梁總約束彎矩：④由式(5-44)計(jì)算總剪力墻剪力Vw。5.4需注意的問題5.4.1λ的定義及其影響第j個(gè)梁端的彎矩連梁設(shè)計(jì)彎矩圖5-14連梁彎矩連梁剪力設(shè)計(jì)值可用連梁在墻邊處的彎矩表示亦可用連梁在剪力墻軸線處的彎矩(1)λ對側(cè)移的影響當(dāng)λ＜1時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線呈彎曲型，剪力墻起主要作用，承擔(dān)了大局部剪力；當(dāng)λ＞6時(shí)，結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線呈剪切型，框架承擔(dān)大局部剪力；當(dāng)λ=1～6時(shí)，結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線呈上剪下彎的剪彎型，側(cè)移曲線形狀為反S形。圖5-15框剪結(jié)構(gòu)變形曲線(2)λ對剪力分配的影響λ很小時(shí)總剪力墻承擔(dān)大局部剪力，λ=0時(shí)總剪力墻承擔(dān)全部剪力；λ很大時(shí)總框架承擔(dān)大局部剪力，λ=∞時(shí)框架承擔(dān)全部剪力。在Vw和VF圖中有斜線局部為λ=6時(shí)的剪力分配圖，從中可見，總剪力墻在底部承受了大局部剪力，在頂部出現(xiàn)負(fù)值。對于框架，頂部承擔(dān)了較大的正剪力，在底部承擔(dān)的剪力很小，在高度方向，最大剪力出現(xiàn)在ξ=0.3～0.6，對框架起控制作用的是中部剪力值。圖5-16框剪結(jié)構(gòu)剪力分配(3)λ對荷載分配的影響剪力墻下部承受的荷載大于外荷載，到了上部，荷載逐漸減小，在頂部處于平衡，有反向集中力。對于框架，下部承擔(dān)的荷載明顯小于剪力墻承擔(dān)的荷載，且與外荷載方向相反，越向上，框架承受的荷載逐漸變?yōu)榕c外荷載作用方向一致，框架頂部處于平衡，亦有集中力，與剪力墻上部集中力大小相等，方向相反。圖5-17荷載分配示意圖5.4.2控制截面位置在框架結(jié)構(gòu)中，剪力分布是下大上小，頂部為零，控制截面在底部樓層。5.4.3對樓板的要求、總連梁剛度折減結(jié)構(gòu)中的水平力通過樓板向各構(gòu)件傳遞，所有結(jié)構(gòu)的空間工作性能通過樓板保證，在框-剪結(jié)構(gòu)中，樓蓋的作用更為突出，框架局部與剪力墻局部的共同工作靠樓板來協(xié)同，只有無限剛的樓板才能有效控制框架局部和剪力墻局部，使二者統(tǒng)一“步伐〞，共同工作，一致抵抗外荷載?？蚣芘c剪力墻之間的連梁，由于一端連接剪力墻的墻肢，其剛度很大，另一端連接框架柱，剛度又很小。在水平力作用下，按彈性方法計(jì)算，它的彎矩和剪力過大，造成截面設(shè)計(jì)困難，配筋不合理，施工不便，且設(shè)計(jì)時(shí)允許考慮這些梁首先進(jìn)入塑性，因而，在計(jì)算中允許采用不小于0.55的剛度折減系數(shù)。5.4.4框架局部剪力調(diào)整調(diào)整方法：①VF≥0.2V0的樓層不必調(diào)整，VF可按計(jì)算值采用。②VF＜0.2V0的樓層，樓層剪力VF應(yīng)取以下兩者中的較小值：調(diào)整系數(shù)η取以下值中的較小值：5.4.5側(cè)移計(jì)算地震時(shí)建筑物的破壞程度，主要取決于主體結(jié)構(gòu)側(cè)移的大小，側(cè)移的計(jì)算應(yīng)在內(nèi)力分析之前進(jìn)行，當(dāng)側(cè)移計(jì)算符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，方可開始