高層建筑混凝土結構設計-框架剪力墻

1、1,高層建筑混凝土結構設計,第4章 框架─剪力墻結構設計,2,在框架-剪力墻結構中，剪力墻是主要的抗側力構件。設計時應在兩個主軸方向都布置剪力墻，形成雙向抗側力體系。否則，將會造成兩個主軸方向的抗側剛度相差懸殊，無剪力墻的一個方向剛度不足且?guī)в屑兛蚣艿男再|，與有剪力墻的另一向不協(xié)調，也容易造成結構整體扭轉。,在框架-剪力墻結構中,梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合，框架梁、柱中心線之間有偏離時，應符合第5章的有關規(guī)定。 框架-剪力墻

2、結構中框架的布置要求同第5章框架結構的有關規(guī)定。 框架-剪力墻結構中剪力墻的布置原則：均勻、對稱、分散、周邊及在薄弱環(huán)節(jié)處設置剪力墻。,7.1框架-剪力墻結構布置,3,（1）剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大； （2）平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻； （3）縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和[ 形等形式（見下圖）；,框架-剪力墻結構中

3、剪力墻的布置宜符合下列要求：,（4）單片剪力墻底部承擔的水平剪力不宜超過結構底部總水平剪力的40％； （5）剪力墻宜貫通建筑物的全高，宜避免剛度突變；剪力墻開洞時，洞口宜上下對齊； （6）樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側力結構結合布置； （7）抗震設計時，剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近。,4,剪力墻的最大間距宜滿足下表的要求：,7.2 構件截面尺寸估算,一、二級的底部加強區(qū) ≥1/16層高，且≥200mm

4、 其他 ≥1/20層高 且≥160mm,1.剪力墻的厚度,主要應滿足剪力墻承載力及平面外穩(wěn)定的要求（剪力墻厚度對變形的影響較小）。 剪力墻的厚度是否滿足承載力的要求，只能根據最終的設計計算結果檢驗。 為防止剪力墻平面外失穩(wěn)，帶邊框剪力墻的最小厚度應滿足,5,框架-剪力墻結構，當框架部分承受的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩50%時

5、，其框架部分的抗震等級應按純框架結構采用，軸壓比限值應按純框架結構的規(guī)定采用。,2. 梁、柱截面及混凝土強度等級 框架-剪力墻結構中框架梁的截面估算方法與框架結構完全相同； 框架柱截面的估算方法亦與框架結構相同，僅軸壓比限值不同，軸壓比限值見下表：,框架、剪力墻混凝土強度等級等要求，分別同第5章、第6章相應的要求。,軸壓比限值,6,7.3 框架-剪力墻結構的內力及位移計算,一、豎向荷載作用下的內力計算框架的內

6、力計算同第5章剪力墻的內力計算同第6章,二、水平荷載作用下的內力及位移計算—協(xié)同工作法1.基本假定1）將所有框架合并為總框架，所有剪力墻合并為總剪力墻?？偪蚣?、總剪力墻的剛度分別為各單個結構剛度之和，且沿豎向均勻分布（當剛度沿豎向有變化時，取其加權平均值）。2）在同一樓層上，總框架和總剪力墻的水平位移相同。（條件是合力中心與剛度中心重合，否則，應考慮扭轉。）3）將連梁簡化為沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片，反彎點在跨中。,7

7、,2.計算簡圖,8,,3.內力及位移計算,,說明：因為彎矩正向定義與材料力學不同，所以公式中的正負號與材料力學中的相反。,根據M、V、p的微分關系,對總剪力墻則有：,9,式中：,剛度特征值反映總框架與總剪力墻的剛度比。 將不同的水平荷載（均布、倒三角、頂部集中力）代入上式，并求解微分方程，可得出位移曲線方程如下：,為了將pf用變形曲線函數y(x)表達,應先給出總框架的剪切剛度Cf ，即總框架產生單位轉角所需之力。,10,均布荷載作

8、用：,為了將上式制成圖表以方便使用，需將以上各式化成無量綱形式，,根據上式制成的圖，即教材中的圖7.11~圖7.13。,11,12,13,14,倒三角形荷載或頂部集中荷載作用下，公式推導過程同上，此處從略。4.計算步驟（1）計算總剪力墻、總框架剛度,（2）由λ及樓層相對標高ξ（=x/H），并根據水平荷載形式查位移及內力系數，然后分別乘以 ，即可得到總剪力墻的位移及內力。,（3）根據各片剪力墻的等效剛度，將總剪力

9、墻的內力分配給各片剪力墻； 總框架的剪力可由下式確定,每根框架柱的剪力為 ，其余計算同D值法。,15,已知：如圖所示框架―剪力墻結構，承受均布荷載q=150kN/m，剛度特征值λ=2.5，求底層、5層、8層、10層處總剪力墻的Mw及Vw和總框架的Vf，并給出內力(Mw 、 Vw 、 Vf)的分布圖。,16,層號 標高,10850,,,,,,,,,,,,,,30,24,15,0,1,0.8,0.5,0,0

10、,-0.056,-0.0125,0.53,0,-3780,-844,35775,-0.232,-0.055,0.203,1,-1044 -248 914 4500,1044 1148 1336 0,17,18,5.框架―剪力墻剛結體系 前面給出的計算方法中，總框架與總剪力墻之間沒有連梁，二者之間是用樓板相連的，無約束彎矩，我們稱這種體系為框架―剪力墻鉸接體系。 下圖所示框架―剪力墻中，有連梁直接

11、與剪力墻相連，連梁將對剪力墻產生約束彎矩，我們稱這種情況為框架―剪力墻剛結體系。,結構平面圖,剛結體系計算簡圖,19,結構平面圖,剛結體系,鉸接體系,20,21,22,剛結體系的計算方法與鉸接體系的計算方法基本相同，僅剛度特征值及總框架剪力的計算有變化（具體公式推導從略）。1）剛度特征值,其中，n為同一層內連梁與墻肢相交的結點數。n個結點的統(tǒng)計方法是：每根兩端剛域連梁有2個結點，mij是指m12及m21；一端剛域的連梁只有一個結點

12、，mij是指m12,式中,2）總框架廣義剪力,總框架的剪力為,總連梁的約束彎矩為,總剪力墻的剪力為,（ 為按鉸接體系求出的剪力墻剪力）,23,每根連梁的約束彎矩,其余計算方法同鉸接體系。,24,6.剛度特征值與內力、位移的關系1）λ與剪力分布的關系,當λ很小時，剪力墻承擔大部分剪力，當λ=0時，即為純剪力墻結構；當λ很大時，框架承擔大部分剪力，當λ=∞時，即為純框架結構；λ在1～6之間時，在頂部框架與剪力墻的剪力均不為零（但二者

13、之和為零），在底部，剪力墻承擔全部剪力，框架剪力為零（這是由近似計算造成的，實際框架會受一定剪力）。,（注意：純框架結構剪力分布下大上小、頂部為零，控制截面在底部；框架-剪力墻中的框架，剪力最大值發(fā)生在中部附近，大約在ξ=0.3～0.6之間，隨著λ增大，向下移動。）,25,,當λ＜1時，變形曲線為彎曲型（層間位移上大下?。?； 當λ≥6時，變形曲線為剪切型（層間位移上小下大）； 當λ=1～6之間時，變形曲線介于彎曲型和

14、剪切型之間，下部略呈彎曲型，上部略呈剪切型，稱為彎剪型。,2）λ與位移曲線的關系,26,從圖中可見，當λ＞2.4時，框架部分承受的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50%，說明剪力墻數量偏少，其框架部分的抗震等級應按純框架結構采用，軸壓比限值應按純框架結構的規(guī)定采用。 另外，剪力墻也不必布置得過多，宜使λ＞1.15，否則，框架承受的剪力將過小，不能充份發(fā)揮作用。 由此可見，最佳范圍為2.4＞λ＞1.15，。當然，λ

15、不在最佳范圍之內也是可行的。,3）λ的最佳范圍,,27,7.4 截面設計要點及構造要求,框架―剪力墻的截面設計及構造要求基本上與第5章框架結構、第6章剪力墻結構相同，以下僅介紹一些不同之處。一、框架總剪力的調整抗震設計時：1.當Vf≥0.2V0時，其框架總剪力不必調整；2.當Vf＜0.2V0時，其框架總剪力應按0.2V0和1.5Vfmax二者的較小值采用。二、構造要求,框架―剪力墻結構中，剪力墻豎向和水平分布鋼筋的配筋率：