iAAA高层建筑结构设计课件_图文教案.ppt
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1、iAAA高层建筑结构设计课件_图文 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2第五章 剪力墙结构内力与位移计算5.1 概述5.2 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算5.3 联肢剪力墙的计算5.4 壁式框架的计算5.5 剪力墙结构的分类5.6 剪力墙截面设计5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求5.8 短肢剪力墙的设计要求5.9 剪力墙设计构造要求5.10 连梁截面设计及配筋构造35.1 概述5.1.1 结构布置1剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,应避
2、免仅单向有墙的结构布置形式。2剪力墙尽量布置得比较规则、拉通、对直。3剪力墙宜自下到上连续布置,不宜突然取消或中断,避免刚度突变。4剪力墙每个墙段的长度不宜大于8m,高宽比不应小于3。避免剪力墙脆性破坏。45大开间剪力墙结构与小开间剪力墙大开间剪力墙结构与小开间剪力墙结构结构1.小开间剪力墙:3-3.6m。(1)缺点:结构所占面积大,混凝土耗用量较大,结构自重比较大。(2)优点:楼板处理容易,采用预制板比较方便,采用现浇板时板厚也较小。2.大开间剪力墙:6-8m。(1)缺点:楼面系统设计比较困难。(2)优点:墙体耗用材料较少,能充分发挥剪力墙的承载力,结构自重也较小。6785应控制剪力墙平面外
3、的弯矩。当剪力墙与其平面外方向的楼面梁连接时,应采取:1)沿梁轴线方向设置剪力墙2)设置扶壁柱3)设暗柱4)剪力墙内设置型钢。910控制剪力墙平面外的弯矩111213剪力墙的计算简图 计算剪力墙结构的内力和位移时,应考虑纵横墙的共同工作。145.1.2 剪力墙的分类15剪力墙的分类1.整体剪力墙2.整体小开口墙3.联肢剪力墙4.壁式框架16整体剪力墙无洞口剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口,但洞口的面积不超过墙体面积的16%。17整体小开口墙整体小开口墙当剪力墙上的洞口面积超过墙体面积的16%时,这类剪力墙的正应力分布略偏离了直线分布的规律,变成了相当于在整体墙弯曲时的直线分布应力之上叠加了墙
4、肢局部弯曲应力。当墙肢中的局部弯矩不超过墙体整体弯矩的15%时,其截面变形仍接近于整体截面剪力墙。这种剪力墙称之为整体小开口剪力墙18联肢剪力墙联肢剪力墙当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口时,由于洞口较大,剪力墙截面的整体性已被破坏,剪力墙的截面变形不再符合平截面的假定。这时剪力墙成为由一系列连梁约束的墙肢所组成的联肢墙。局部弯矩超过墙体整体弯矩的15%时19壁式框架壁式框架当剪力墙的洞口尺寸较大,墙肢宽度较小,连梁的线刚度接近于墙肢的线刚度时,剪力墙的受力性能接近于框架,这种剪力墙称为壁式框架。205.1.3 剪力墙的分析方法剪力墙的分析方法(1)材料力学分析法对于整体墙,在水平力作用下
5、截面仍保持平面,法向应力呈线性分布,可采用材料力学中有关公式计算内力及变形。对于小开口剪力墙,其截面变形后基本保持平面,正应力呈直线分布。为计算方便,仍采用材料力学中有关公式进行计算并进行局部弯曲修正。21(2)连续化方法将双肢墙进行某些简化,进而得到比较简单的解析法。将每一楼层的连梁假想为在层高内均布的一系列连续连杆,由连杆的位移协调条件建立墙的内力微分方程,从中求解出外力。22(3)壁式框架分析法将开有较大洞口的剪力墙视为带刚域的框架,用D值法进行求解。与框架采用D值法的区别:考虑刚域和剪切变形。23(4)有限元法和有限条法有限元法是剪力墙应力分析中一种比较精确的方法,对各种复杂几何形状的
6、墙都适用。有限条法将剪力墙结构进行等效连续化处理后,取条带进行计算,也是一种精度较高的方法。计算时间与建筑高度关系不大。24有限元法和有限条法25第五章 剪力墙结构内力与位移计算5.1 概述5.2 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算5.3 联肢剪力墙的计算5.4 壁式框架的计算5.5 剪力墙结构的分类5.6 剪力墙截面设计5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求5.8 短肢剪力墙的设计要求5.9 剪力墙设计构造要求5.10 连梁截面设计及配筋构造265.2.1 整体墙计算整体墙计算在水平荷载作用下,根据其变形特征,可视为一整截面悬臂构件,用材料力学中悬臂梁的内力和变形的有关公式进行计算。27
7、如何计算墙肢等效截面面积?A剪力墙截面毛面积(截面);剪力墙截面毛面积(截面);Aw无洞口剪力墙的截面面积,小洞口整截面墙取折无洞口剪力墙的截面面积,小洞口整截面墙取折算截面面积算截面面积(截面);(截面);Af剪力墙立面总墙面面积剪力墙立面总墙面面积(立面立面);Aop剪力墙洞口总面积剪力墙洞口总面积(立面立面)。28如何计算组合截面惯性矩?组合截面惯性矩取有洞口截面与无洞口截面惯性矩沿竖向的加权平均值有洞口截面惯性矩即为剪力墙对组合截面形心轴的惯性矩I。Iwi剪力墙沿竖向各段的截面惯性矩,无洞口段与有洞口段分别计算,n为总分段段数;hi各段相应高度,,H为剪力墙总高度。29*.整体墙的计算
8、整体墙的计算-剪力墙的位移剪力墙的位移除考虑弯曲变形外,还要考虑剪切变形(倒三角形分布荷载)(均布荷载)(顶部集中荷载)V0底部截面剪力;剪力不均匀系数(用于考虑剪切变形);3031如何用等效刚度来表达整体墙的顶点的位移?(倒三角形分布荷载)(均布荷载)(顶部集中荷载)如果取,近似可取 325.2.2 小开口整体墙计算*.整体小开口墙在水平荷载作用下的受力特点是什么?整体剪力墙既要绕组合截面的形心轴产生整体弯曲变形,各墙肢还要绕各自截面的形心轴产生局部弯曲变形,并在各墙肢产生相应的整体弯曲应力和局部弯曲应力。相比之下,整体弯曲变形是主要的,而局部弯曲变形是次要的,它不超过总弯曲变形的15%。3
9、3(1)内力计算求各墙肢的内力k整体弯矩系数,试验表明,整体小开口墙中 的局部弯矩不超过整体弯矩的15%,可近似取k=0.85。总弯矩Mpz=整体弯曲弯矩Mpz+局部弯曲弯矩Mpz整体弯矩:Mpz=kMpz0.85Mpz局部弯矩:Mpz =(1-k)Mpz0.15Mpz34I-剪力墙对组合截面形心轴的惯性矩.Ii-墙肢i的惯性矩(对自身形心轴)第i墙肢承受的整体弯矩 第i墙肢承受的局部弯矩 则第i墙肢承受的总弯矩 35第i个墙肢的轴力计算公式:I为组合载面形心轴的惯矩;yi为墙肢I形心到组合截面形心的距离第i个墙肢的剪力计公式:Ai第i个墙肢截面的面积。36如何对细小墙肢的弯矩进行调整?第i个
10、墙肢受到的因局部弯曲而修正后的弯矩计算公式(小墙肢):Mzio=Mzi+Mi=Mzi+Vzih0-洞口的高度37(2)位移计算)位移计算由于剪力墙中洞口存在使墙的整体抗弯刚度减弱,将材料力学公式计算出的侧移增大20%。(倒三角形分布荷载)(均布荷载)(顶部集中荷载)38作业题作业题1.求图中所示12层小开口整体墙底层底部截面墙肢弯矩、轴力和剪力,并求顶点侧移。墙厚0.2 m,.39第五章 剪力墙结构内力与位移计算5.1 概述5.2 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算5.3 联肢剪力墙的计算5.4 壁式框架的计算5.5 剪力墙结构的分类5.6 剪力墙截面设计5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋
11、要求5.8 短肢剪力墙的设计要求5.9 剪力墙设计构造要求5.10 连梁截面设计及配筋构造405.3 联肢剪力墙的计算联肢剪力墙的计算5.3.1 双肢墙计算:(1)基本假定和微分方程的建立连续连杆法假定:1)连梁反弯点在跨中,连梁的作用可以沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替。2)各墙肢的刚度相差不过分悬殊,因而变形曲线相似。3)连梁的墙肢考虑弯曲和剪切变形,墙肢还考虑轴向变形的影响。41连杆切口处沿方向的变形连续条件可用下式表示:墙肢弯曲、轴向变形及连梁的变形墙肢弯曲、轴向变形及连梁的变形42*.双肢剪力墙的计算双肢剪力墙的计算-变形连续条件变形连续条件1墙肢的弯曲和剪切变形发生的位移。弯曲变形
12、:剪切变形:43*.双肢剪力墙的计算双肢剪力墙的计算-变形连续条件变形连续条件-墙肢轴向变形产生的相对位移墙肢轴向变形产生的相对位移虎克定律44*连梁弯曲和剪切产生的位移 剪切变形:弯曲变形连梁总变形:连梁折算惯性矩:45*.双肢剪力墙的计算双肢剪力墙的计算-位移协调方程位移协调方程-力法力法基本体系在切口处沿(x)方面的总位移:=0微分二次:46*.双肢剪力墙的计算双肢剪力墙的计算-墙肢弯曲变形墙肢弯曲变形产生相对位移产生相对位移由平衡条件得:对N1作用点取矩,2cN(x)相当于连梁的作用。47对于三种荷载:V0是基底总剪力 48代入上式得:令:(连梁对墙肢的约束弯矩-整体弯矩)(连梁刚度系
13、数)caa049(未考虑墙肢轴向变形的整体系数-连梁、墙肢刚度比)(双肢墙截面形心轴的面积矩)(考虑墙肢轴向变形的整体系数)50整理得双肢墙基本方程:51(2)基本方程的解 非齐次微分方程的解由通解和特解组成:令:52C1由边界条件墙底弯曲转角为0,求得:C2由边界条件墙顶弯矩为0,求得:53解:54(3)双肢墙内力计算)双肢墙内力计算*.i层连梁的剪力约束弯矩和端部弯层连梁的剪力约束弯矩和端部弯矩矩 连杆约束弯矩:i层连梁的约束弯矩:i层连梁的剪力:i层连梁端部弯矩:55*.双肢剪力墙的内力计算双肢剪力墙的内力计算-i层墙肢的层墙肢的内力内力i层墙肢弯矩:i层墙肢剪力:i层墙肢轴力:56(4
14、)双肢剪力墙的位移计算及等效)双肢剪力墙的位移计算及等效抗弯刚度抗弯刚度 侧向位移由墙肢的弯曲变形和剪切变形成组成:积分后可得:(以均布荷载为例)57顶点处=0,并将c1、c2代入整理得顶点位移:式中:(墙肢轴向变形影响系数)(墙肢剪切变形影响系数)(为的函数,制表备查)均布荷载双肢剪力墙的位移双肢剪力墙的位移58595.3.2 多肢墙的计算多肢墙的计算l具有多于一排且排列整齐的洞口时,就成为多肢剪力墙。l多肢剪力墙也可以采用连续杆法求解,基本假定和基本体系的取法同双肢墙。6061与双肢墙不同的是,为便于求解微分方程,将k个微分方程叠加,设各排连梁切开口处未知力之和 为未知量,在求出 后再按一
15、定比例拆开,分配到各排连杆,再分别求各连梁的剪力、弯矩和各墙肢弯矩、剪力和轴力。*。多肢墙求解内力的过程是什么?。多肢墙求解内力的过程是什么?62(1)多肢墙共有k+1个墙肢,要把双肢墙中墙肢惯性矩及面积改为多肢惯性矩之和及面积之和,即用 代替 ,用 代替 。(2)墙中有k个连梁,每个连梁的刚度用下式计算:(3)多肢墙整体系数表达式与双肢墙不同。多肢墙中计算墙肢轴向变形影响比较困难,因此用值近似代替。(4)解出基本未知量m()后,按分配系数j计算各跨连梁的约束弯矩mi().*。多肢墙与双肢墙计算过程的区别。多肢墙与双肢墙计算过程的区别是什么?是什么?63*。多肢墙的主要计算公式有哪些,。多肢墙
16、的主要计算公式有哪些,计算步骤是什么?计算步骤是什么?(1)计算几何参数1)连梁折算惯性矩2)连梁刚度3)梁墙刚度比644)墙肢轴向变形影响系数值由表5.8查得5)整体系数(考虑轴向变形)6)剪力影响系数(用于计算变形)65(2)连梁内力计算 连梁约束弯矩分配系数:i层连梁的约束弯矩:i层j连梁的剪力:i层j连梁端部弯矩:-通过查表得到-轴向变形影响系数66(3)计算墙肢轴力i层1墙肢轴力:i层第j墙肢轴力:i层第k+1墙肢轴力:67(4)计算墙肢弯矩与剪力i层第j肢墙分担的弯矩为:剪力墙分担的剪力按剪力墙的折算刚度分配。i层第j肢墙分担的剪力为:68(5)顶点位移计算(倒三角形分布荷载)(均
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