框架剪力墙结构的协同工作计算.pptx

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1、5.4 5.4 框架剪力墙框架剪力墙(筒体筒体)结构的近似计算方结构的近似计算方法法框架框架-剪力墙结构设计的基本内容剪力墙结构设计的基本内容框架-剪力墙结构的布置(第二章)框架-剪力墙结构的受力与变形特点框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法框架-剪力墙结构构件截面设计框架-剪力墙结构构造要求后两部分内容分别用框架和剪力墙的设计方法。仅个别地方略有不同。第1页/共35页框架剪力墙结构协同工作原理上部框架帮剪力墙下部剪力墙帮框架沿高度变形分布趋向于均匀剪力墙框架-剪力墙框架第2页/共35页框架剪力墙结构协同工作计算框架剪力墙结构协同工作计算协同工作原理：框架和剪力墙之间相互作用,使得上下部分

2、的位移分布均衡。计算目的：确定框架和剪力墙各承担多少内力。条件：平面假设和无限刚度假设前提下，只考虑侧移时剪力的分配。方法：按总框架和总剪力墙形成计算简图，用连续连杆法得到微分方程求解。重点内容：计算简图；刚度特征值(相当于整体系数)第3页/共35页框剪结构协同工作计算是在结构动力计算之后，框架和剪力墙计算之前进行的。计算目的：所有的框架和所有的剪力墙各承担多少地震力框-剪结构协同工作计算H1G1GkHk第4页/共35页框剪结构中三种类型的梁框剪结构中三种类型的梁连梁和联系梁构成总联系梁连接方法取决于楼板B梁首先进入塑性，应设计成强剪弱弯。连梁连接剪力墙联系梁联接框架和剪力墙普通框架梁第5页/

3、共35页框架剪力墙协同工作框架剪力墙协同工作位移相同能者多劳内力不直接按刚度分配剪力墙内力减少框架内力增加第6页/共35页简化假定及计算简图基本假设：1、楼板在自身平面内的刚度无穷大。2、房屋体型规整，不会产生扭转变形。在以上假定之下，框架和剪力墙在同一个楼层标高处的水平位移相同。因此：把所有剪力墙综合在一起形成总剪力墙；把所有的框架也综合在一起形成总框架。楼板和各片剪力墙间所有连梁和框架与剪力墙间的所有联系梁构成总联系梁第7页/共35页框-剪结构的内力及其分配计算结果及其分配：总框架的层间剪力再按刚度分给每根柱总剪力墙的层间剪力和弯矩分给每片墙总联系梁的梁端弯矩和剪力分给每根梁第8页/共35

4、页两类计算体系绞结和刚结体系根据框架和剪力墙之间的联系情况进行划分：楼板连接：楼板平面外刚度为零，联系为绞结楼板联系梁连接：联系梁(如果刚度较大)对剪力墙产生约束弯矩，因而为刚结连接。代表5榀框架代表4片剪力墙第9页/共35页在剪力墙平面内，没有联系梁与剪力墙相连。框架和剪力墙之间只是通过楼板相连。绞结体系计算图的选择代表5榀框架代表2片剪力墙此平面外的梁不能抵抗横向水平力剪力墙边缘构件，不看成框架柱代表刚性楼盖，没有轴向变形框架和剪力墙间仅楼板连接第10页/共35页刚结体系计算图的选择在剪力墙平面内，有联系梁把框架与剪力墙相连。代表5榀框架连梁两端连剪力墙代表楼板和联系梁计算简图中不考虑这4

5、个剪力墙第11页/共35页刚结体系计算图的选择计算纵向水平荷载时，图中的框架梁同时是联系框架和剪力墙之间的联系梁。并且框架和剪力墙联系比较密切。所以考虑成刚结体系。4片剪力墙4榀纵向框架第12页/共35页 两片剪力墙由连梁连接的两种简化方法简化为双肢剪力墙铰接或单墙刚接连梁很弱1连梁较强第13页/共35页计算简图选择的基本方法小结计算简图选择的基本方法小结1、地震作用在哪方向方向就取哪个断面2、体系分成总框架、总剪力墙、连杆三类构件。3、绞结体系绞结连杆，刚结体系刚性连杆。4、总剪力墙放在左面或右面没有关系。5、按层数和框架的跨度绘制简图。6、简化以后，仅仅考虑各总剪力墙、总框架的刚度，不再考

6、虑它们的截面尺寸。(不是说它们不应该有，而是在计算中我们不需要。另外各片剪力墙的厚度也未必相同)第14页/共35页协同工作的基本原理和刚度特征值协同工作的基本原理和刚度特征值总剪力墙和总框架的抗推刚度计算：各片剪力墙的等效抗弯刚度比较:柱的抗推刚度刚度特征值第15页/共35页协同工作计算墙变成了悬臂梁，它满足梁方程普通框架假设两者之间的作用力是连续而不均匀的取侧移y为基本未知量铰接体系采用与多肢墙计算类似的连续化方法。两端铰接的连杆不变形只有轴力第16页/共35页铰接体系的微分方程及其通解铰接体系的微分方程及其通解w根据以上图可以建立y的微分方程：利用边界条件可以确定4个待定常数根据不同的荷载

7、形式可以得到对应的特解刚接体系采用类似的方法求解微分方程不同第17页/共35页均布荷载作用下的最终解均布荷载作用下的最终解至此已得到内力设计值。用计算机可以方便地获得结果，不一定要用后面的图解法。与多肢墙类似，方程中只有两个主要参数一个是坐标，另一个是刚度特征值（多肢墙中是整体系数）。总框架和总剪力墙共同的侧移总剪力墙的弯矩和剪力第18页/共35页框架和剪力墙的内力框架和剪力墙的内力-补充材料补充材料1、剪力墙的弯矩和剪力按剪力墙的等效刚度在剪力墙之间进行分配剪力墙剪力 2、框架内力 总框架剪力等于外荷载产生的剪力减去总剪力墙剪力 柱中剪力按抗推刚度分配：用柱的剪力，再用改进反弯点法，可求得梁

8、、柱内力剪力墙剪力：剪力墙弯矩：第19页/共35页框-剪结构中框架的抗震等级抗震规范：若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%，框架部分的抗震等级应按框架结构确定。第20页/共35页框剪结构位移与内力的分布规律框剪结构位移与内力的分布规律刚度特征值刚度特征值是总框架和总剪力墙刚度相对大小的度量。大小对框剪内力分配、侧移的影响为：较小时较小时：框架刚度相对较小、综合剪力墙承担大部分剪力，变形为弯曲型。=0为纯剪力墙 较大时较大时：框架刚度相对较大、综合框架承担大部分荷载，变形为剪切型。=为纯框架=1=16 6时时：两者的比例相当，变形曲线为弯剪型。第21页/共35页框架-剪力墙结构

9、的剪力分布Vp(外荷载)Vw(墙中剪力)Vf(框架中剪力)不同的特征值：=0(纯剪力墙)；=(纯框架)；=1-6第22页/共35页剪力的分布特征框剪结构中:剪力墙的最大剪力在底部。框架的最大剪力在结构中部。且最大值的位置随值的增大而向下移动。框架和剪力墙顶部剪力不为零。因为变形协调，框架和剪力墙顶部存在着集中力的作用(两者相互作用的力)。这也要求在设计时，要保证顶部楼盖的整体性。框架的底部剪力为零。此处全部剪力由剪力墙承担。第23页/共35页剪力墙位移与的关系顶点位移顶部第24页/共35页剪力墙中弯矩与的关系底部截面总弯矩顶部=0(纯剪力墙)第25页/共35页底部顶部剪力墙中剪力与的关系底部截

10、面总剪力第26页/共35页绞结体系：刚结体系：关于刚度特征值的补充阅读材料如果刚度沿高度变化，且变化不大时，采用加权平均利用下式算得的CF和EIw计算。总剪力墙抗推刚度与总框架抗弯刚度的比第27页/共35页抗推刚度的计算注意：各层刚度不同时按下式取平均值第j层的高度第j层剪力墙的等效刚度第28页/共35页高规高规中规定的调幅中规定的调幅1、框架梁(连续梁)在竖向荷载下的内力调幅（方法节）。2、框-剪结构中框架的内力调整（方法节）。3、框-剪结构中框架与剪力墙之间的联系梁的调整（方法节）4、联肢剪力墙中连梁的调整（用方法(1)或方法节）。两类调幅两类调幅(调整调整)的方法的方法(1)计算结果乘以

11、系数:内力乘以系数(大于1或小于1)(2)计算中降低杆件刚度：构件刚度越小则内力愈小。第29页/共35页框-剪结构内力的调幅1.联系梁(两类梁)弯矩的调幅出现塑性铰后，联系梁的刚度降低。设计前降低其刚度(最低可为0.5EI)调幅后，连梁设计荷载效应将减小，因而更容易出现塑性铰。2.框架内力的调整理由：地震中，剪力墙刚度降低后，框架受力增加方法：限制框架承受剪力不低于底层总剪力的20，或者不低于某层最大剪力的1.5倍(公式5-41)第30页/共35页PKPMPKPM中的中的0.2Q0.2Q0 0调整调整抗规规定：“侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框架-抗震墙结构，任一层任一层框架部分的地震剪力，不应

12、小于结构底部总地震剪力的20%和按框架-抗震墙结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者最小值。”注意：0.2Q0调整的放大系数只针对框架柱的弯矩和剪力，不调整轴力。SATWE数据文件：SATINPUT.O2Q中按照样本格式给出各楼层调整系数第31页/共35页考虑扭转后剪力的分配等于平移(按刚度)分配的结果乘以扭转修正系数。扭转修正系数可能大于1，也可能小于1。考虑扭转以后，各片结构(墙)的剪力可能增加也可能减小。第32页/共35页关于扭转问题的讨论(P.140)在水平方向上：距离扭转中心越远的单元，扭转修正系数越大(扭转影响也越大)在垂直方向上：各层的刚度中心不一定在同一个垂直线上，所以各层的扭转修正系数可能不同。分母中含有到扭转中心的距离，分母越大附加项越小，所以把具有较大刚度的单元远离扭转中心，抗扭作用更明显。第33页/共35页作业1.铰接体系和刚接体系中的总框架、总剪力墙、总连梁分别代表什么？2.简述刚度特征值的计算方法和对框架剪力墙结构的影响。3.如何对框剪结构进行调幅？4.框剪结构协同计算的目的(结果)是什么？5.请描述框剪结构中框架和剪力墙的剪力的分布规律。第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页