建筑结构设计电子课件例5.6框架—剪力墙结构分析.pdf

【例5.6】框架剪力墙结构分析 一一12层层框框架架剪剪力力墙墙结结构构，平平面面布布置置如如图图a所所示示，16层层的的柱柱截截面面尺尺寸寸600600mm，712层层的的柱柱截截面面尺尺寸寸为为500500mm；剪剪力力墙墙厚厚度度均均为为160mm，其其中中剪剪力力墙墙1开开有有1.5m宽宽，1.8m高高的的窗窗洞洞，见见图图c；框框架架梁梁1截截面面尺尺寸寸为为300750mm，框框架架梁梁2截截面面尺尺寸寸300500mm。墙、梁、柱的混凝土强度等级为墙、梁、柱的混凝土强度等级为C30。结构的横向地震作用见图结构的横向地震作用见图b。试计算横向地震作用下结构的内力及侧移。试计算横向地震作用下结构的内力及侧移。墙1墙2连梁1连梁2框架梁1框架梁276000=42000600060002000(a) 结构平面框架梁1建筑结构设计建筑结构设计课件课件20102010版版东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴118036054072090010801260144016201800123.6m(b) 横向地震作用198021600.96m2.71m3.67m2.25m2.25m1.5m(c)剪力墙1几何尺寸0.3m0.08m截面形心21、 综合框架抗侧刚度Cf解解单单根根框框架架柱柱的的抗抗侧侧刚刚度度 ，其其中中 根根据据梁梁柱柱线线刚刚度度比比按按表表4-1计算。楼层抗侧刚度：计算。楼层抗侧刚度： 。具体计算结果见表。具体计算结果见表1共共有有16根根框框架架柱柱，其其中中中中柱柱(两两侧侧有有梁梁) 10根根，边边柱柱(一一侧侧有有梁梁)6根。计算框架梁刚度时考虑楼板的影响，乘以根。计算框架梁刚度时考虑楼板的影响，乘以1.6的放大系数。的放大系数。Ib1=1.6 0.30.753/12=0.0169m4； ib1=EcIb1/l1=0.0028EcIb2=1.60.30.53/12=0.005m4；ib2=EcIb2/l2=0.0025Ec框架梁线刚度：框架梁线刚度：16层Ic= 0.64/12=0.0108m4，ic=EcIc/h=0.003Ec712层 Ic =0.54/12=0.0052m4，ic=EcIc/h=0.00145Ec框架柱线刚度：框架柱线刚度：3表1框架柱抗侧刚度平均抗侧刚度平均抗侧刚度4 结构横向共有四榀墙结构横向共有四榀墙1、两榀墙、两榀墙2，墙，墙1、墙、墙2均为整截面剪力墙。均为整截面剪力墙。2、 综合剪力墙等效抗弯刚度墙墙1的惯性矩：的惯性矩：墙的翼缘宽度墙的翼缘宽度6hf=0.96m。开洞处：开洞处： I1=0.162.333/12+0.162.33(2.71-2.33/2)2+0.960.163/12+0.960.16(2.71-0.16/2)2+0.162.553/12+0.162.55(3.67-2.55/2)2 =4.6827 m4无洞处截面惯性矩无洞处截面惯性矩I1=4.7543 m4 墙墙1考虑开洞影响后的折算惯性矩：考虑开洞影响后的折算惯性矩：0.96m2.71m3.67m2.25m2.25m1.5m(c)剪力墙1几何尺寸0.3m0.08m截面形心2.33m2.55m5墙墙1考虑洞口影响后的折算面积：考虑洞口影响后的折算面积：墙墙1的等效抗弯刚度：的等效抗弯刚度：墙墙2的惯性矩的惯性矩：Iw2=0.166.63/12=3.8333m4墙墙2的等效抗弯刚度：的等效抗弯刚度：综合剪力墙等效抗弯刚度：综合剪力墙等效抗弯刚度： EcIeq=44.4956Ec+2 3.7567Ec=25.4958Ec6铰接体系铰接体系3、刚度特征值 刚接体系刚接体系2根根连连梁梁与与墙墙1连连(记记连连梁梁1)；2根根连连梁梁与与墙墙2连连(记连梁记连梁2)。综合连梁共包含。综合连梁共包含4列连梁。列连梁。连梁连梁1刚臂长度：刚臂长度：al=bl=3.67-0.5/4=3.545m连梁连梁1计算长度：计算长度：l=23.67+(2-20.3)=8.74m0.96m2.71m3.67m2.25m2.25m1.5m0.3m截面形心0.96m2.71m3.67m2.25m2.25m1.5m0.3m截面形心2m连梁连梁1计算长度计算长度l连梁连梁连梁连梁1约束刚度约束刚度连梁考虑剪切变形后的等效抗弯刚度连梁考虑剪切变形后的等效抗弯刚度 7连梁连梁2刚臂长度刚臂长度连梁连梁2约束刚度约束刚度连梁连梁2计算长度：计算长度：l=6/2+2=5m6000600020006000300300连梁2计算长度al=3.3-0.5/4=3.175m；bl=0综合连梁约束刚度（连梁刚度折减综合连梁约束刚度（连梁刚度折减0.55）Cb=0.552(0.1984Ec+0.0480Ec)=0.2710Ec8根根据据刚刚度度特特征征值值查查附附表表E.2可可以以得得到到各各层层的的相相对对侧侧移移u/u0 、剪剪力力墙相对弯矩墙相对弯矩Mw/M0和剪力墙相对名义剪力和剪力墙相对名义剪力V/V0 ，计算结果见表，计算结果见表2。外荷载在结构底部产生的总弯矩外荷载在结构底部产生的总弯矩 M0=1803.6(1+22+32+ +122)=0.4212106kNm等效倒三角分布荷载的最大分布荷载值等效倒三角分布荷载的最大分布荷载值外荷载在结构底部产生的总剪力外荷载在结构底部产生的总剪力 V0=0.543.2677=14.623103kN4、结构内力系数及侧移结构的侧移结构的侧移qmax=3M0/H2=677kN/m，其中9表表 2 结构内力系数及侧移结构内力系数及侧移 铰接体系最大层间侧移在第铰接体系最大层间侧移在第8层，层，u/hu/h=1/3191/800，不满足要求。，不满足要求。刚接体系刚接体系最大层间侧移在第最大层间侧移在第5 5层，层， u/h=1/10431/800 ，满足要求，满足要求层数相对高度铰接体系刚接体系u/u0侧移u层间uMw/M0VW/V0u/u0侧移u层间uMw/M0VW/ V000.0000.00000.00000.000000.55181.00000.0000 0.0000 0.00000 0.2820 1.0000 10.0830.00650.00180.001820.43450.87820.0031 0.0009 0.00087 0.1777 0.6896 20.1670.02390.00680.004930.33170.76820.0107 0.0030 0.00216 0.1053 0.4821 30.2500.04980.01410.007310.24210.66670.0210 0.0059 0.00292 0.0543 0.3425 40.3330.08180.02310.009040.16480.57080.0328 0.0093 0.00332 0.0179 0.2468 50.4170.11800.03330.010230.09930.47770.0450 0.0127 0.00345 -0.0085 0.1790 60.5000.15670.04430.010940.04540.38470.0570 0.0161 0.00339 -0.0276 0.1276 70.5830.19660.05560.011270.00320.28900.0683 0.0193 0.00320 -0.0407 0.0836 80.6670.23660.06690.01130-0.02660.18780.0786 0.0222 0.00291 -0.0485 0.0399 90.7500.27600.07800.01112-0.04340.07820.0877 0.0248 0.00257 -0.0504 -0.0113 100.8330.31430.08880.01082-0.0457-0.04310.0956 0.0270 0.00222 -0.0450 -0.0784 110.9170.35140.09930.01051-0.0319-0.17950.1023 0.0289 0.00190 -0.0297 -0.1729 121.0000.38780.10960.010290.0000-0.33520.1083 0.0306 0.00170 0.0000 -0.3108 10侧移曲线弯剪型115、 综合剪力墙、综合框架、综合连梁内力铰接体系铰接体系综合剪力墙弯矩：综合剪力墙弯矩：综合剪力墙剪力综合剪力墙剪力:综合框架剪力：综合框架剪力：12刚接体系刚接体系综合剪力墙弯矩：综合剪力墙弯矩：综合剪力墙剪力综合剪力墙剪力:综合框架剪力：综合框架剪力：综合连梁约束弯矩：综合连梁约束弯矩：以上计算结果见表以上计算结果见表3。 13表表 3 综合剪力墙、综合框架、综合连梁内力综合剪力墙、综合框架、综合连梁内力 层数铰 接 体 系刚 接 体 系综合剪力墙综合框架Vf综合剪力墙综合框架Vf综合连梁mbMw/M0MwVwMw/M0MwVw00.55180.23241.000014.62300.00000.28200.1188 1.000014.62300.00000.000010.43450.18300.878212.84211.67930.17770.0748 0.689613.74240.77903.658720.33170.13970.768211.23332.98350.10530.0444 0.482112.95881.25815.908530.24210.10200.66679.74963.95950.05430.0229 0.342512.18161.52757.173840.16480.06940.57088.34754.65070.01790.0075 0.246811.35011.64817.740550.09930.04180.47776.98605.0983-0.0085-0.0036 0.179010.42261.66177.804460.04540.01910.38475.62535.3420-0.0276-0.0116 0.12769.36941.59787.504170.00320.00140.28904.22555.4216-0.0407-0.0172 0.08368.16831.47886.94528-0.0266-0.01120.18782.74585.3781-0.0485-0.0204 0.03996.80011.32386.21739-0.0434-0.01830.07821.14295.2547-0.0504-0.0212 -0.01135.24561.15205.410310-0.0457-0.0192-0.0431-0.63025.0984-0.0450-0.0190 -0.07843.48260.98554.628711-0.0319-0.0135-0.1795-2.62544.9610-0.0297-0.0125 -0.17291.48180.85384.0098120.00000.0000-0.3352-4.90104.90100.00000.0000 -0.3108-0.79780.79783.747114156、 单榀剪力墙、单榀框架、单根连梁内力墙墙1的分配系数的分配系数4.4956/25.4958=0.1763； 墙墙2的分配系数的分配系数 3.7567/25.4958=0.1473。表表4 各榀剪力墙弯矩和剪力各榀剪力墙弯矩和剪力层数铰 接 体 系刚 接 体 系综合剪力墙单榀剪力墙综合剪力墙单榀剪力墙弯矩剪力弯矩剪力弯矩剪力墙1墙2墙1墙2弯矩剪力墙1墙2墙1墙200.232414.62300.04100.03422.57802.15400.118814.62300.02090.01752.57802.154010.183012.84210.03230.02702.26411.89160.074813.74240.01320.01102.42282.024320.139711.23330.02460.02061.98041.65470.044412.95880.00780.00652.28461.908830.10209.74960.01800.01501.71891.43610.022912.18160.00400.00342.14761.794340.06948.34750.01220.01021.47171.22960.007511.35010.00130.00112.00101.671950.04186.98600.00740.00621.23161.0290-0.003610.4226-0.0006-0.00051.83751.535260.01915.62530.00340.00280.99170.8286-0.01169.3694-0.0020-0.00171.65181.380170.00144.22550.00020.00020.74500.6224-0.01728.1683-0.0030-0.00251.44011.20328-0.01122.7458-0.0020-0.00170.48410.4045-0.02046.8001-0.0036-0.00301.19891.00179-0.01831.1429-0.0032-0.00270.20150.1683-0.02125.2456-0.0037-0.00310.92480.772710-0.0192-0.6302-0.0034-0.0028-0.1111-0.0928-0.01903.4826-0.0033-0.00280.61400.513011-0.0135-2.6254-0.0024-0.0020-0.4629-0.3867-0.01251.4818-0.0022-0.00180.26120.2183120.0000-4.90100.00000.0000 -0.8640-0.72190.0000-0.79780.00000.0000-0.1407-0.117516综合框架的剪力按抗侧刚度进行分配，各柱的分配系数：综合框架的剪力按抗侧刚度进行分配，各柱的分配系数：1层：层： 中柱中柱0.00601/0.08944=0.0672；边柱；边柱0.00489/0.08944=0.054726层：中柱层：中柱0.00469/0.06598=0.0711；边柱；边柱0.00318/0.06598=0.0482712层：中柱层：中柱0.00312/0.04542=0.0687；边柱；边柱0.00237/0.04542=0.0522综合连梁的约束弯矩按约束刚度进行分配。综合连梁的约束弯矩按约束刚度进行分配。连梁连梁1的分配系数：的分配系数：0.1984/2(0.1984+0.0480)=0.4027 ；剪力：剪力：Vb1=0.4027mbh/l=0.4027mb3.6/8.74=0.1659mb；梁端弯矩：梁端弯矩：Mb1=Vb1ln/2=0.1659mb1.4/2=0.1161mb。连梁连梁2的分配系数：的分配系数： 0.0480/2(0.1984+0.0480)=0.0974 ；剪力：剪力：Vb2=0.0974mbh/l=0.0974mb3.6/5=0.0701mb；梁端弯矩：梁端弯矩：Mb2=Vb2ln/2=0.0701mb1.4/2=0.0491mb。17表表 5 框架柱剪力和连梁内力框架柱剪力和连梁内力 层数铰 接 体 系刚 接 体 系综合框架剪力中柱剪力边柱剪力框架柱连梁综合框架剪力中柱剪力边柱剪力约束弯矩连梁1连梁2剪力弯矩剪力弯矩11.67930.11290.09190.77900.05240.04263.65870.60700.42480.25650.179622.98350.21210.14381.25810.08940.06065.90850.98020.68600.41420.290133.95950.28150.19081.52750.10860.07367.17381.19010.83290.50290.352244.65070.33070.22421.64810.11720.07947.74051.28410.89870.54260.380155.09830.36250.24571.66170.11810.08017.80441.29470.90610.54710.383265.34200.37980.25751.59780.11360.07707.50411.24490.87120.52600.368575.42160.37250.28301.47880.10160.07726.94521.15220.80630.48690.341085.37810.36950.28071.32380.09090.06916.21731.03150.72180.43580.305395.25470.36100.27431.15200.07910.06015.41030.89760.62810.37930.2656105.09840.35030.26610.98550.06770.05144.62870.76790.53740.32450.2273114.96100.34080.25900.85380.05870.04464.00980.66520.46550.28110.1969124.90100.33670.25580.79780.05480.04163.74710.62160.43500.26270.184018