剪力墙结构的内力与位移计算.ppt

1,高层建筑结构设计,主讲人：谢孝副教授后勤工程学院建筑工程系结构教研室电话:68598194移动:13808350830,CHAPTERSix,2,剪力墙结构的内力和位移计算,CHAPTERSix,6.1剪力墙结构的计算简图和分类,6.2整体墙的计算,6.3整体小开口墙的计算,6.4双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,3,剪力墙的类型整体墙和小开口整体墙双肢墙多肢墙壁式框架底层大空间剪力墙结构,6.1剪力墙结构的计算简图和分类,2020/4/27,4,剪力墙结构的计算简图和分类,一、剪力墙结构纵横两个方向均由钢筋混凝土墙组成的结构体系,2020/4/27,5,二、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、刚性楼板假定：水平荷载按照各墙等效抗弯刚度分配,剪力墙结构的计算简图和分类,2020/4/27,6,三、内力与位移计算思路N由竖向荷载和水平荷载共同产生M由水平荷载产生V由水平荷载产生受剪(水平钢筋),压弯构件(竖向构件),竖向荷载下的N：按照每片墙的承载面积计算水平荷载下的M、N、V：按照墙的等效刚度分配至各墙,对比框架、剪力墙：,剪力墙框架,剪力墙结构的计算简图和分类,2020/4/27,7,四、剪力墙的分类：按照开洞大小、截面应力分布特点整体墙整体小开口墙联肢墙壁式框架,1、整体墙（弯矩图为曲线，截面应力分布为直线）（1）无洞口或洞口面积不超过墙面面积的15，且孔洞间净距及孔洞至墙边净距大于孔洞长边（2）双肢墙，但连梁很弱（15，但是整体系数10，截面惯性矩比,3、联肢墙（1）弯矩图呈显著锯齿型，截面应力不是直线分布，110,4、壁式框架（1）墙肢弯矩图中各层有反弯点，墙肢拉压力较大（2）10(连梁强、墙肢弱），,剪力墙结构的计算简图和分类,2020/4/27,9,剪力墙结构的计算简图和分类,2020/4/27,10,6.2整体墙的计算,1、判别条件：洞口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,2020/4/27,14,整体小开口墙的计算,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,2020/4/27,15,6.3整体小开口墙的计算,3、侧移计算整体小开口墙顶点侧移（整体墙顶点侧移公式）x1.24、等效刚度整体小开口墙等效刚度（整体墙等效刚度）/1.2,连梁剪力可由上、下墙肢的轴力差计算,个别小墙肢：,2020/4/27,16,6.3整体小开口墙的计算,小开口整体墙的判别条件,(1)连梁和墙肢的刚度比(整体参与系数）较大：10,(2)保证墙肢的刚度较大：,Z为系数，与及层数N有关99page-表,2020/4/27,17,6.4双肢墙与多肢墙的计算,1、判别条件：110；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,2020/4/27,18,双肢墙与多肢墙的计算,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,2020/4/27,19,（3）建立微分方程关键条件变形协调条件：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,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,20,墙肢轴向变形,连梁弯曲及剪切变形,得到微分方程(f),双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,21,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,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,22,力与变形关系,微分方程及其解图表及其应用双肢墙计算步骤,根据力与变形关系得不同荷载情况下得微分方程(k)代入方程(f)中，得到双肢墙基本微分方程式(L),双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,23,(4)双肢墙内力计算步骤（连续连杆法，图表法）,几何参数连梁：,连梁截面折算惯性矩连梁截面惯性矩和面积连梁截面计算跨度一半，设连梁净跨为2a0，洞口两侧墙肢轴线距离一半,墙肢：,连梁刚度,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,24,整体系数,h层高（各层不等时可取沿高度的加权平均值）整体系数1连梁与墙肢刚度比，未考虑墙肢轴向变形的整体系数H剪力墙总高度T轴向变形影响系数，2肢,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,25,连梁约束弯矩函数,根据：荷载形式、，查图表得,V0底部截面剪力()参见教材列表,连梁内力j层连梁约束弯矩：顶层：一般层：j层连梁剪力：j层连梁端弯矩：,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,26,墙肢内力轴力弯矩剪力,水平荷载在j层截面处的倾覆力矩水平荷载在j截面处的总剪力,剪力计算的惯性矩为考虑剪切变形影响后的折算惯性矩见教材,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,27,(5)多肢墙内力计算步骤几何参数（同双肢）整体系数,T轴向变形影响系数，34肢时取0.8，57肢时取0.85，8肢及以上时取0.9连梁约束弯矩函数（同双肢）,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,28,连梁内力将连梁总约束弯矩分配给各列连梁,i多肢墙连梁约束弯矩分布系数为i列连梁跨中剪应力和平均值之比ri第i列连梁中点距墙边的距离B总宽,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,29,i列j层连梁剪力：i列j层连梁弯矩：,墙肢内力轴力（考虑墙肢两侧连梁的剪力）边墙肢中间墙肢弯矩剪力,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,30,3、侧移计算,倒三角荷载,均布荷载,顶部集中力,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,31,4、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48（P118）,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,32,5、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,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,33,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,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,34,总结：在相同Mp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：,双肢墙与多肢墙的计算,2020/4/27,35,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,1、判别条件：10；壁式框架与普通框架对比：相同点：在水平荷载作用下会出现反弯点不同点：（1）梁宽柱宽，其刚度要考虑剪切变形的影响而降低（2）梁墙相交部分面积大变形小，形成刚域，其刚度要考虑刚域的影响而提高结论：壁式框架的计算考虑两个修正后，内力和位移计算方法与普通框架相同，采用D值法,2020/4/27,36,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,2、刚域的取法带刚域框架的梁柱轴线取连梁和墙肢的形心线,2020/4/27,37,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,刚域长度梁方向柱方向,2020/4/27,38,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,3、带刚域框架柱的D值,普通框架：(1),壁式框架：(1)用k代替普通框架中的i即可梁柱式中,2020/4/27,39,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,3、带刚域框架柱的D值,普通框架：(2)梁柱刚度比一般层底层(3)一般层底层(4),壁式框架：见表410(2)梁柱刚度比(3)(4),2020/4/27,40,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,4、带刚域框架柱的反弯点高度,（1）反弯点高度计算公式普通框架柱壁式框架柱,2020/4/27,41,6.5壁式框架（带刚域框架）的计算,（2）查表用的k值普通框架用梁柱刚度比k查系数壁式框架改用代替k,5、等效刚度采用均布荷载时：采用倒荷载时：,u1、u2分别为均布荷载和倒荷载计算得到的顶点水平位移,42,高层建筑结构设计,主讲人：谢孝副教授后勤工程学院建筑工程系结构教研室电话:68598194移动:13808350830,