剪力墙结构的近似计算方法解析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 高层剪力墙结构设计,第六章 高层剪力墙结构设计,6.1 一般规定,1.剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；,2.剪力墙墙肢截面宜简单、规则，竖向刚度均匀；,3.较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度均匀的若干墙段；,4.剪力墙宜自下至上连续布置，避免刚度突变；,5.跨高比5的连梁宜按框架梁设计；,6.剪力墙底部加强部位的范围；,6.1 一般规定1.剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；,6.1 一般规定,7.楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上；,8.当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或暗柱；,9.当墙肢的截面高度与厚度之比4时，宜按框架柱进行截面设计；,10.抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；,11.剪力墙应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或受拉、平面外轴心受压承载力验算。,6.1 一般规定7.楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上,6.2,分类及判别方法,一、剪力墙的类型,1、按墙肢截面高度和厚度之比分,短肢剪力墙（48）,普通剪力墙（8）,2、按洞口大小分,整截面剪力墙：无洞或开洞面积不大于剪力墙总面积的15。,整体小开口墙：开洞面积大于剪力墙总面积的15，但洞口对剪力墙的受力影响仍较小。,（a)整体墙,（b)小开口整体墙,6.2 分类及判别方法一、剪力墙的类型1、按墙肢截面高度和厚,一、剪力墙的类型,2、按洞口大小分,双（多）肢墙：开洞较大，排列整齐，整体性削弱，可划分为墙肢和连梁。,壁式框架：开洞较大，受力性能与框架结构类似。,不规则开洞墙：开洞较大，且排列不规则。,(d)多肢墙,(c)双肢墙,(e)壁式框架,(f)不规则开洞墙,一、剪力墙的类型2、按洞口大小分(d)多肢墙(c)双肢墙(e,1、整体性系数,即连梁与墙肢刚度之间的比列关系，体现墙的整体性,双肢墙：,多肢墙：,q,a,A,1,I,1,A,2,I,2,h,h,b,I,b,H,二、剪力墙类型判别方法,1、整体性系数qaA1A2hhbIbH二、剪力墙类型判别方,2、墙肢惯性矩比I,n,/I,反映沿墙肢高度上弯矩的变化情况,墙肢是否出现反弯点，与墙肢的惯性矩I,n,/I，整体性系数,、,层数有关,表格,二、剪力墙类型判别方法,2、墙肢惯性矩比In/I二、剪力墙类型判别方法,3、剪力墙计算方法判别,（b)小开口整体墙,(c)双肢墙,单肢墙,二、剪力墙类型判别方法,3、剪力墙计算方法判别（b)小开口整体墙(c)双肢墙单肢墙,6.3 翼缘有效宽度确定方法,翼缘有效宽度,（取最小值）,考虑方式,截面形式,T形或I形,L形或形,按剪力墙间距,按翼缘厚度,按总高度,按门窗洞口,6.3 翼缘有效宽度确定方法翼缘有效宽度（取最小值）截面形式,6.4、6.5 剪力墙结构在竖向水平荷载下的内力与位移计算方法,6.4、6.5 剪力墙结构在竖向水平荷载下的内力与位移计算方,一、剪力墙的简化分析方法,材料力学分析法：整体墙和整体小开口墙（悬臂杆件）,连梁连续化的分析方法：联肢墙（力法建立微分方程）,带刚域框架的计算方法：壁式框架、联肢墙（等效框架；D值法，矩阵位移法）,有限单元法和有限条带法：,有限单元法,有限条带法,一、剪力墙的简化分析方法材料力学分析法：整体墙和整体小开口墙,二、计算假定及内力计算,1、计算假定,1）平面结构假定：,分别按照纵、横两个方向的平面抗侧力结构进行计算，但是可以考虑纵横墙的共同工作，把正交的另一方向的墙作为翼缘部分参与工作。,2）,每片墙体只考虑自身平面内抗侧刚度，不考虑平面外刚度,二、计算假定及内力计算1、计算假定2）每片墙体只考虑自身平面,二、计算假定及内力计算,1、计算假定,3）刚性楼板假定：,平面内刚度无限大，忽略平面外刚度,4）弹性假定,2、剪力墙在竖向荷载作用下的内力计算,竖向荷载：,恒、活荷载,内力：轴力（墙肢）、弯矩（连梁）,按照每片墙的承载面积计算,3、剪力墙在水平荷载作用下的剪力分配,水平荷载：风和地震作用（主要部分）,内力：M,V,N,二、计算假定及内力计算1、计算假定2、剪力墙在竖向荷载作用下,6.5.2整体墙近似计算方法,一、整体墙的概述,1、整体墙判别条件：洞口15；或双肢b,h,j,h,1,h,2,6.5.2整体墙近似计算方法,剪力墙沿竖向各段的惯性矩,各段相应的高度,二、整体墙的计算C1C3b1b2C2cb hjh1h26.,整体墙的计算位移和等效刚度计算,倒三角荷载,顶点集中荷载,1,1,q,H,整体墙的计算位移和等效刚度计算倒三角荷载,顶部集中力,均布荷载,倒荷载,等效刚度：,剪力不均匀系数,矩形截面取,1.2,，,形截面为全面积,/,腹板面积，T形截面查表,侧移计算：,1,1,q,H,10/1/2024,18,等效刚度：剪力不均匀系数侧移计算：11qH10,整体墙水平荷载分配,总水平荷载按等效刚度分配到各片墙,整体墙水平荷载分配总水平荷载按等效刚度分配到各片墙,V,1,N,1,N,2,V,2,M,1,M,2,c,V,1,N,1,M,1,V,bt,c,1,V1N1N2V2M1M2cV1N1M1Vbtc1,6.5,.3,整体小开口墙的计算,1、,判别条件：,洞口15%，但10；,内力特点：,正应力基本直线分布，局部弯曲不超过整体弯曲的15，墙肢弯矩没有反弯点,计算方法：材料力学公式略加修正,10/1/2024,21,6.5.3 整体小开口墙的计算 1、判别条件：内力特点：计,2、内力计算,墙肢弯矩：,墙肢轴力：,墙肢剪力：,底层,其他层剪力：,Mx截面的外弯矩,整体弯曲,独立墙肢弯曲,最终墙肢弯曲正应力,6.5,.3,整体小开口墙的计算,10/1/2024,22,2、内力计算其他层剪力：Mx截面的外弯矩整体弯曲 独立墙肢,3、侧移计算：,整体小开口墙顶点侧移（整体墙顶点侧移公式）x1.2,4、等效刚度,整体小开口墙等效刚度（整体墙等效刚度）/1.2,个别细小墙肢：,连梁剪力(可由上、下墙肢的轴力差计算)、弯矩,6.5,.3,整体小开口墙的计算,10/1/2024,23,3、侧移计算：个别细小墙肢：6.5.3 整体小开口墙的计算,1、,判别条件：110；,内力特点：,正应力分两段直线分布，墙肢高度上没有或仅仅在个别楼层中出现反弯点,6.5,.4,连续化方法计算联肢剪力墙,计算方法：连续化方法,10/1/2024,24,1、判别条件：110；6.5.4 连续化方法计算联肢剪,2、内力计算（连续连杆方法）,（1)计算简图和计算假定,将连梁沿高度离散为均匀分布的连续栅片(如图)，形成连续结构,2a,A,1,I,1,A,2,I,2,q,2c,A,1,I,1,q,A,2,I,2,A,2,I,2,q,2c,2a,A,1,I,1,A,2,I,2,h,h,b,I,b,H,6.5,.4,连续化方法计算联肢剪力墙,10/1/2024,25,2、内力计算（连续连杆方法）2aA1A2q2cA1qA2A2,基本假定,适用条件：,开洞规则，墙厚、层高不变,（1）忽略连梁轴向变形，即假定两墙肢水平位移完全相同,（2）两墙肢各截面的转角和曲率都相等，连梁两端转角相等，连梁反弯点在梁的中点,（3）墙肢截面、连梁截面、层高等几何尺寸沿全高是相同的,（2）,基本思路,沿连杆中点（反弯点）切开，以剪力（x）为未知数，得2个静定悬臂墙的基本体系通过切口的变形协调（相对位移为0）建立（x）的微分方程（力法）求解微分方程的（x），积分得剪力V再通过平衡条件求出连梁梁端弯矩，墙肢轴力及弯矩,6.5,.4,连续化方法计算联肢剪力墙,10/1/2024,26,基本假定（2）基本思路6.5.4 连续化方法计算联肢剪力墙1,（3）,力法方程的建立,变形协调条件：,墙肢弯曲变形产生的切口相对位移,墙肢轴向变形产生的切口相对位移,连梁弯曲变形和剪切变形产生的切口相对位移,墙肢转角变形,10/1/2024,27,（3）力法方程的建立墙肢转角变形 10/10/202227,墙肢轴向变形,10/1/2024,28,墙肢轴向变形 10/10/202228,连梁弯曲及剪切变形,连梁端部作用力为,的悬臂梁,连梁弯曲及剪切变形 连梁端部作用力为的悬臂梁,对x求导,再次求导,双肢墙连续化方法的基本微分方程,对x求导再次求导双肢墙连续化方法的基本微分方程,力平衡条件,水平荷载产生的倾覆力矩,墙肢截面上的弯矩与轴力,洞口两侧墙肢轴向间距,10/1/2024,31,力平衡条件10/10/202231,力与变形关系,10/1/2024,32,力与变形关系10/10/202232,基本微分方程,其中,基本微分方程其中,（4）,基本方程的解,（4）基本方程的解,（5）双肢墙的内力计算,求得任意高度处的（、）值,由（、）可求得连梁的约束弯矩为,：,V,1,N,1,M,1,V,bt,c,1,（5）双肢墙的内力计算求得任意高度处的（、）值V1N,V,1,N,1,M,1,V,bt,c,1,V,1,N,1,M,1,c,1,m,1,m(x)=2c,1,(x),（5）双肢墙的内力计算,V1N1M1Vbtc1V1N1M1c1m1m(x)=2c1,j层墙肢弯矩:,V,1,N,1,N,2,V,2,M,1,M,2,c,（5）双肢墙的内力计算,j层墙肢弯矩:V1N1N2V2M1M2c（5）双肢墙的内力,j层墙肢剪力,可直接考虑弯曲和剪切变形后的抗剪刚度进行分配:,V,1,N,1,N,2,V,2,M,1,M,2,c,（5）双肢墙的内力计算,j层墙肢轴力:,j层墙肢剪力,可直接考虑弯曲和剪切变形后的抗剪刚度进行分配:,3、侧移计算,倒三角荷载,均布荷载,顶部集中力,10/1/2024,39,3、侧移计算倒三角荷载均布荷载顶部集中力10/10/2022,4、等效刚度,倒三角荷载,均布荷载,顶部集中力,剪切影响系数,，,当H/B4，取 0,系数，根据荷载形式和,查表6.7（p178）,10/1/2024,40,4、等效刚度倒三角荷载均布荷载顶部集中力 剪切影,5、讨论,双肢墙侧移、连梁内力、墙肢内力沿高度分布曲线如图,连梁最大剪力不在底层，愈大连梁剪力愈大，最大值下移,侧移曲线呈弯曲型，愈大，整体刚度愈大，侧移愈小,10/1/2024,41,5、讨论连梁最大剪力不在底层，愈大连梁剪力愈大，最大值下移,墙肢轴力即为该截面以上连梁剪力之和，向下逐渐加大,墙肢弯矩与有关，愈大连梁愈强，连梁内力愈大，而墙肢弯矩愈小,10/1/2024,42,墙肢轴力即为该截面以上连梁剪力之和，向下逐渐加大墙肢弯矩与,总结：,在相同M,p,作用下，愈大，则连梁愈强，连梁的M、V愈大；而墙肢轴力N愈大，墙肢弯矩M愈小,因为：,10/1/2024,43,总结：10/10/202243,6.5.5 壁式框架计算,1.计算简图,刚域的影响用刚度无限大的刚臂反映。,6.5.5 壁式框架计算1.计算简图刚域的影响用刚度无限大的,2、带刚臂杆件考虑剪切变形后的刚度系数和D值,1,2,2、带刚臂杆件考虑剪切变形后的刚度系数和D值12,