第5章 剪力墻1.ppt

1、1,第五章 剪力墻結(jié)構(gòu) （shearwall structure）,2,主要學(xué)習(xí)內(nèi)容,5-1 結(jié)構(gòu)組成 5-2 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算中的幾個(gè)問題 5-3 整體截面剪力墻及整體小開口剪力墻的計(jì)算 5 -4 雙肢墻和多肢墻在水平荷載作用下的內(nèi)力分析 5-5 壁式框架的計(jì)算 5-6 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類 5-7 剪力墻承載力計(jì)算 5-8 剪力墻的構(gòu)造要求,3,5-1 結(jié)構(gòu)組成,1 . 剪力墻的基本形式 當(dāng)構(gòu)件截面的長(zhǎng)邊（長(zhǎng)度）大于其短邊（厚度） 的 4 倍時(shí) ，按墻體進(jìn)行設(shè)計(jì)。 墻肢設(shè)計(jì)成 T 形 ，+ 形 ， 形 。 洞口上下對(duì)齊，布置規(guī)則 ， 洞口將墻體分為墻肢和連梁 。,4,2. 由墻體組成的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

2、 正交兩方向布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu) 斜向布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu) 單片墻不應(yīng)太長(zhǎng),5,6,7,3. 荷載作用下的剪力墻受力狀況及特點(diǎn) 荷載的計(jì)算 豎向荷載作用下 軸力：按45度擴(kuò)散傳遞 大梁下考慮局部承壓計(jì)算 某片墻體的軸力= (總豎向荷載/剪力墻總截面面積)該片墻體的截面面積 水平荷載作用下 按正交兩方向進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力計(jì)算 求整體結(jié)構(gòu)的總荷載 總剪力 按抗側(cè)剛度分配各片剪力墻剪力 墻體 受彎 、受剪 、受壓 、受拉,y,8,特點(diǎn)： 對(duì)于雙肢剪力墻，由兩個(gè)墻肢和上下洞口間的各層連梁組成。 在水平力作用下，與懸臂梁相似，設(shè)x 截面處的彎矩為M，則由平衡條件知：,9,在連梁的跨中截開,并設(shè)該處連梁彎矩為零

3、,由平衡條件:,第i 層連梁對(duì)兩個(gè)墻肢產(chǎn)生的總約束彎矩； x 截面以上所有連梁對(duì)墻肢約束彎矩的總和。,10,1）任意截面x的彎矩M是由局部彎矩（M1M2）和整體彎矩Na 兩部分組成的。整體彎矩大，局部彎矩就??； 2）任一截面x 上的整體彎矩等于該截面以上所有連梁約束彎矩的總和，整體彎矩是由連梁提供的； 3）任一截面x 上墻肢的軸向力等于該截面以上所有連梁豎向剪力的總和。 整體彎矩越大，說明兩個(gè)墻肢共同工作的程度越大，越接近于整體墻。所以整體彎矩的大小反映了墻肢之間協(xié)同工作的程度，這種程度稱為剪力墻的整體性。因?yàn)檎w彎矩是由連梁對(duì)墻肢的約束提供的，而連梁的剛度與洞口的大小有關(guān)，所以剪力墻的受力特

4、點(diǎn)與洞口的大小和形狀有關(guān)。,?,?,11,整體剪力墻,剪力墻的分類 剪力墻在水平荷載作用下，內(nèi)力分布情況和變形狀態(tài)與其所開洞口的大小、數(shù)量和位置有直接關(guān)系，在近似計(jì)算中，可將剪力墻分為以下四類：,墻體洞口大小 ： 影響墻體的受力變形性能,整體小開口墻,聯(lián)肢剪力墻,壁式框架,12,獨(dú)立墻肢 框架,具體分類的方法 在后續(xù)講解,13,框支剪力墻,14,15,5. 剪力墻力學(xué)的分析方法p79 材料力學(xué)分析法 各墻肢截面正應(yīng)力成直線分布 考慮整體彎曲和局部彎曲的疊加 考慮剪切變形的影響 墻肢較寬 帶 剛域 的剪力墻 和 連梁 墻和梁連接處有剛域 ，剛域有一定的寬度和高度 ，只有剛性位移和轉(zhuǎn)動(dòng) ，沒有變形

5、,16,各墻肢截面正應(yīng)力分布：簡(jiǎn)化為直線分布,17, 連續(xù)化分析 目的 ：得到連續(xù)函數(shù)的解析解 根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)列表 ，查得參數(shù)為工程所適用 計(jì)算機(jī)數(shù)值分析法 矩陣位移法、桿件有限元、平面有限元法、 有限條法、空間分析,18,5-2 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算中的幾個(gè)問題,1 . 空間結(jié)構(gòu)的平面化假定 樓板： 平面內(nèi)剛度 無窮大，各片剪力墻側(cè)移相同 平面外剛度 忽略不計(jì) 剪力墻：截面高度大、厚度小， 平面內(nèi)（豎直方向）： 剛度很大 抵抗水平力 平面外剛度 ：剛度忽略不計(jì)或作為正交方向剪力墻的翼緣 與荷載方向正交的剪力墻作為翼緣計(jì)入荷載方向剪力墻的剛度,19,2. 翼緣寬度取值 ： 剪力墻間距 門窗洞間翼墻的

6、寬度 剪力墻厚度 兩側(cè)各 6 倍翼墻厚度 剪力墻墻肢總高度的 10%(抗震規(guī)范中取15%) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 第10.5. 3條,四者的最小值,20,5-3 整體截面剪力墻及整體小開口剪力墻的計(jì)算 1. 整體截面剪力墻 . 整體墻的判斷 洞口總面積 / 墻面總面積 16% 即 洞口至墻邊的凈距 及 洞口之間的凈距 洞口長(zhǎng)邊尺寸,21,. 整體墻的內(nèi)力計(jì)算 豎向荷載 多道墻可按承擔(dān)面積分配豎向軸力 水平荷載作用下 ，按材料力學(xué)方法 整體懸臂構(gòu)件 例：均布荷載作用下 剪力墻底部彎矩和剪力 截面 正應(yīng)力 保持直線分布 墻體無反彎點(diǎn),22, 剪力墻折算面積 考慮開洞對(duì)強(qiáng)度和剛度的影響 剪力墻折算面積

7、 洞口削弱影響系數(shù) 剪力墻洞口總面積 剪力墻立面總面積 剪力墻截面毛面積,23, 整體墻在水平荷載下的側(cè)移計(jì)算 整體墻側(cè)移計(jì)算式 倒三角形分布荷載 均布荷載 頂部集中荷載 整體墻等效抗彎剛度,24,計(jì)算剪力墻的水平荷載作用下的等效剛度 用彎曲變形形式表達(dá) ，考慮剪切變形的影響的剛度,已知 ：,不考慮剪切變形影響 考慮剪切變形影響,25,整體墻等效剛度 考慮剪切變形的影響 倒三角形分布荷載 均布荷載 頂部集中荷載 取有洞口和無洞口墻體慣性矩 的加權(quán)平均值 剪應(yīng)力不均勻系數(shù) p80,表5-1 矩形截面 I形截面為截面全面積腹板面積,26,2. 整體小開口剪力墻的計(jì)算 洞口大一些，墻體分成豎向墻肢和

8、連接墻肢的連梁 . 整體小開口剪力墻變形受力特點(diǎn) 墻肢產(chǎn)生整體彎曲變形和局部彎曲變形 ，以整 體彎曲變形為主 截面上正應(yīng)力由整體彎矩和局部彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力疊加 墻肢中大部分層都沒有反彎點(diǎn),27,28,. 水平荷載作用下墻肢內(nèi)力計(jì)算 外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力 、 材力公式計(jì)算 墻肢內(nèi)力 墻肢彎矩 墻肢剪力 墻肢軸力 ： 墻肢慣性矩 組合截面對(duì)形心軸的慣性矩 ： 墻肢對(duì)組合截面對(duì)形心軸距離,29, . 水平荷載作用下墻肢位移計(jì)算的側(cè)移計(jì)算 小開口整體墻側(cè)移計(jì)算式 倒三角形分布荷載 均布荷載 頂部集中荷載 等效抗彎剛度 ，計(jì)算式同整體墻,30, 小墻肢局部彎曲的影響 按材料力學(xué)方法計(jì)算得墻端部彎矩 局部彎曲影

9、響的附加彎矩,31,5 -4 雙肢墻和多肢墻在水平荷載作用下的內(nèi)力分析 洞口較大 ，整體性能降低 ，不能視為整體墻 剪力墻劃分為墻肢與連梁 ，連梁和墻肢剛接 將連梁看成墻肢間的連桿 將連桿離散化 ，均勻分布 計(jì)算方法 ：連續(xù)柵片法 （連續(xù)連桿法） 計(jì)算步驟 ：建立微分方程 求解微分方程 建立工程實(shí)用表格 求解內(nèi)力和位移,32,5.4.1 雙肢墻的計(jì)算 剪力墻墻肢為雙肢時(shí) ，稱為雙肢剪力墻 1. 基本計(jì)算假定及解題思路 基本假定 樓蓋自身平面內(nèi)剛度無窮大 各墻肢剛度較大 ，相差不過分懸殊，連梁反彎點(diǎn)在跨中 剪力墻沿豎向均勻分布 ， 層高 h 、 墻肢及 連梁的截面形常數(shù) A 、I 沿豎向保持不變

10、 連梁均勻分布在樓層處 忽略連梁的軸向變形 ； 同一標(biāo)高處墻肢的水平位移、轉(zhuǎn)角相同,33, 計(jì)算簡(jiǎn)圖 ： 連續(xù)化假定,34,計(jì)算簡(jiǎn)圖 ： 連梁 為沿豎向均勻分布的 連續(xù)連桿 兩端 剛接 于剪力墻墻肢 ，帶 剛域,35, 解題思路 連梁 為沿豎向均勻分布的 連續(xù)連桿，反彎點(diǎn)在連桿的中點(diǎn)處； 根據(jù) 力法 原理 ，將連桿的中點(diǎn)處切開 ，切口處有一對(duì)軸力和 一對(duì)剪力 (x)和 (x) ； 以連梁切口處的 剪力 (x)為未知量； 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件：連梁切口處的相對(duì)位移為零建立微分方程； 求解 (x) ，沿層高積分 連梁的剪力； 利用圖表計(jì)算墻肢和連梁內(nèi)力及位移； 據(jù)靜力平衡，可求得連梁和墻肢的其他內(nèi)力。

11、,36,2. 微分方程的建立 連梁的相對(duì)位移 由墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相等位移 墻肢的軸向變形產(chǎn)生的位移 連梁彎曲變形和剪切變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,37, 墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,38, 墻肢軸向變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,39, 連梁彎曲變形和剪切變形產(chǎn)生的相對(duì)位移 考慮剛域的影響 ，連梁的計(jì)算跨度 彎曲變形產(chǎn)生的相對(duì)位移 剪切變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,40,圖乘法計(jì)算位移 剪切變形產(chǎn)生的相對(duì)位移 彎曲變形產(chǎn)生的相對(duì)位移 連梁變形產(chǎn)生的相對(duì)位移,41,等效抗彎剛度,42,位移協(xié)調(diào)方程 得 ： 兩次微分 式中 ，除連梁剪力 為未知量 ，還有剪力墻墻肢的轉(zhuǎn)角 尚為未知,43,內(nèi)力和外力的平衡,44,力和變形的關(guān)系

12、 彎矩和曲率的關(guān)系,45,不同荷載下的剪力計(jì)算 均布荷載 倒三角形荷載 頂部集中荷載 外力: 用剪力的函數(shù)形式表示 ，或用底部剪力 相對(duì)于截面位置 z 的函數(shù)形式表示。,46,微分方程的整理 將 代入式 未知量 ：連續(xù)連桿切口處剪力 已知量 ：外荷載 截面的幾何參數(shù) 材料彈性模量,47,微分方程的進(jìn)一步整理和簡(jiǎn)化 方程幾何參數(shù) 連梁剛度系數(shù) 連梁墻肢剛度比 組合截面面積矩 雙肢墻整體參數(shù) 軸向變形系數(shù),48,經(jīng)整理 方程得 均布荷載 倒三角形荷載 頂部集中荷載 未知量為 連續(xù)連桿剪力 二階 線性 非齊次 常系數(shù) 微分方程,49,令 并 方程式為 均布荷載 倒三角形荷載 頂部集中荷載 未知量為

13、連續(xù)連桿剪力 或 二階 線性 非齊次 常系數(shù) 微分方程,50,3. 微分方程的解 非齊次微分方程解 齊次方程的通解 特解 齊次方程的通解 特解 方程,51,齊次方程解 ： 、 , 2 個(gè)待定系數(shù) 由邊界條件確定 邊界條件 ： 剪力墻頂部 剪力墻底部,墻肢中心距離,52,4. 雙肢墻的內(nèi)力計(jì)算步驟：,連梁、墻肢的幾何參數(shù),第 i 層連梁的內(nèi)力計(jì)算,第 i 層墻肢的內(nèi)力計(jì)算,53,5 . 剪力墻位移計(jì)算的工程實(shí)用方法 計(jì)算幾何參數(shù) 查表求 倒三角形分布荷載 均布荷載 頂點(diǎn)集中荷載,式中 雙肢墻整體參數(shù),組合截面面積矩,連梁剛度系數(shù),軸向變形系數(shù),雙肢墻整體參數(shù),剪切變形影響系數(shù),連梁墻肢剛度比,5

14、4,等效剛度和頂點(diǎn)位移計(jì)算 等效剛度 頂點(diǎn)位移 均布荷載 倒三角形分布 頂點(diǎn)集中荷載,55,內(nèi)力位移計(jì)算小結(jié) 一. 幾何參數(shù)計(jì)算 連梁剛度系數(shù) 連梁墻肢剛度比 組合截面面積矩 雙肢墻整體參數(shù) 軸向變形系數(shù),墻肢中心距離,56,二 . 求連桿剪力 根據(jù) 計(jì)算參數(shù) 查表得 三. 內(nèi)力計(jì)算 層連梁內(nèi)力 連梁梁端剪力 連梁端部彎矩 連梁約束彎矩,墻肢中心距離,墻肢中心距離,57,墻肢內(nèi)力計(jì)算 層墻肢彎矩 層墻肢剪力 墻肢折算慣性矩 層墻肢軸力,58,四 . 位移計(jì)算 幾何參數(shù) 剪切變形影響系數(shù) 根據(jù) 查表求,墻肢中心距離,59,等效剛度和頂點(diǎn)位移計(jì)算 等效剛度 頂點(diǎn)位移 均布荷載 倒三角形分布 頂點(diǎn)集

15、中荷載,60,5.4.2 多肢墻 K 排連梁 , K + 1 肢墻 ； 未知量 : 各組連梁的中點(diǎn)切口處的剪力 ( 約束彎矩 ) 協(xié)調(diào)方程 : 各組連梁的中點(diǎn)切口處的相對(duì)位移為零 ； 建立 K 組協(xié)調(diào)方程 , 相疊加后可建立與雙肢墻完全相同的微分方程； 連梁約束彎矩的分配 : 連梁的剛度大，分配的約束彎矩大 ，反之 ，減小 ； 考慮水平位置的影響 ，靠近墻中部的連梁剪應(yīng)力較大 ；,61,聯(lián)肢墻計(jì)算到此結(jié)束,62,5-5 壁式框架的計(jì)算,壁式框架的受力變形特點(diǎn) 洞口較大，連梁剛度接近墻肢，整體性能好、 墻肢出現(xiàn)較多的反彎點(diǎn) 墻、梁截面高度大，連結(jié)處無轉(zhuǎn)角 存在剛 域 ，亦稱為 帶剛域 的框架 ，

16、剛域處無相對(duì) 轉(zhuǎn)角 考慮墻肢和連梁 剪切變形 的影響,63,壁式框架計(jì)算簡(jiǎn)圖及剛域位置,64,復(fù)習(xí)： D 值法計(jì)算 單位側(cè)移所需要的力 無剛域桿件（梁和柱）的線剛度 考慮梁柱線剛度比 計(jì)算柱剛度修正系數(shù) 柱抗側(cè)剛度,65,框架內(nèi)力計(jì)算 柱端剪力 柱端剪力 柱端彎矩計(jì)算 梁端剪力和彎矩計(jì)算,66,壁式框架計(jì)算思路 計(jì)算壁式框架柱 D 值 ： 帶剛域桿件剛度計(jì)算 帶剛域梁、柱線剛度計(jì)算 考慮梁、柱線剛度比影響 利用 D 值法分配柱端剪力 計(jì)算柱端彎矩和梁端彎矩,67,1 . 剛域的長(zhǎng)度取值 梁剛域長(zhǎng)度 柱剛域長(zhǎng)度 注 : 剛域長(zhǎng)度,68,2. 帶剛臂桿件的轉(zhuǎn)角位移方程 無剛域桿件桿端彎矩計(jì)算 設(shè),

17、69, . 帶剛域桿件彎矩計(jì)算 帶剛域的桿件 1 2 剛域段長(zhǎng)度為 1-1 和 2-2 設(shè) 1 、2 兩點(diǎn)之間位移 結(jié)點(diǎn) 1 處,70,、 處的彎矩和剪力計(jì)算 考慮剪切變形影響 其中,71,、 處桿的彎矩計(jì)算,72,帶剛域桿件線剛度系數(shù),73, 帶剛域梁、柱的線剛度 則 帶剛域框架梁的轉(zhuǎn)角剛度 帶剛域框架柱的轉(zhuǎn)角剛度p95,74,3 . 帶剛域框架柱的抗側(cè)剛度 考慮梁柱剛度比 ，柱剛度修正系數(shù) 非底層 底層,75,76,4 . 反彎點(diǎn)高度比 普通框架反彎點(diǎn)高度比 根據(jù) ，房屋總高 、所在層位置 查表得標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比 上、下層橫梁的剛度比影響 與所求柱相鄰的上、下層高變化影響,77,壁柱下端剛

18、域的相對(duì)長(zhǎng)度 查表得 反彎點(diǎn)高度比 同 D 值法查表得反彎點(diǎn)高度比,78,5. 梁、柱內(nèi)力計(jì)算 柱端剪力 柱端彎矩計(jì)算,79, 梁端彎矩計(jì)算 梁端剪力 柱軸力,80,6. 壁式框架的位移計(jì)算 層間側(cè)移 頂部側(cè)移 可以不考慮軸向變形引起的位移,81,計(jì)算步驟小結(jié) 內(nèi)力計(jì)算 計(jì)算梁 、柱幾何參數(shù) ； 計(jì)算 D 值 ； 按計(jì)算側(cè)移剛度分配水平剪力 ； 求反彎點(diǎn)高度比 ； 計(jì)算柱端彎矩 ； 根據(jù)結(jié)點(diǎn)總彎矩為零 ，計(jì)算梁端彎矩 位移計(jì)算 計(jì)算層間位移 ； 頂點(diǎn)位移 ：層間位移之和,82,水平荷載作用下壁式框架的受力特點(diǎn) 同框架柱的變形 ：墻肢有反彎點(diǎn) ，在連梁處墻肢的彎矩有突變 墻肢和連梁截面較寬，考慮剪切變形的影響,83,壁式框架計(jì)算 到此結(jié)束,84,5-6 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類,1. 剪力墻整體參數(shù) 考慮墻肢軸向變形 表示連梁和墻肢剛度的相對(duì)比值 墻體整體性差，連梁對(duì)墻肢的約束差 介于上下兩者之間 連梁對(duì)墻肢約束大，墻體整體性好,85,2.剪力墻墻肢慣性矩比 判斷墻肢是否出現(xiàn) 反彎點(diǎn) 大部分墻肢不出現(xiàn)反彎點(diǎn) 墻肢將出現(xiàn)反彎點(diǎn),組合截面形心,墻肢A2,墻肢A1,