高层建筑结构07.ppt

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,*,单击此处编辑第,1,章 概 述母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高层建筑混凝土结构设计,第,7,章 框架剪力墙结构设计,应在两个主轴方向都布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。否则，将会造成两个主轴方向的抗侧刚度相差悬殊，也容易造成结构整体扭转。,7.1,框架,-,剪力墙结构布置,框架,-,剪力墙结构,中剪力墙的布置原则：均匀、对称、分散、,周边及在薄弱环节处设置剪力墙。,框架,-,剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：,（,1,）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；,（,2,）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪,力墙；,2,（,4,）单片剪力墙底部承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的,30,；,（,5,）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；,（,6,）楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；,（,7,）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。,梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架梁、柱中心线之间有偏离时，应符合第,5,章的有关规定。,框架,-,剪力墙结构,中框架的布置要求同第,5,章框架结构的有关,规定。,（,3,）纵、横剪力墙宜组成,L,形、,T,形和,形等形式（见下图）；,3,剪力墙的最大间距宜满足下表的要求：,7.2,构件截面尺寸估算,一、二级的底部加强区,200mm,其他 ,160mm,1.,剪力墙的厚度,主要应满足剪力墙,承载力,及,平面外稳定,的要求（剪力墙厚度对变形,的影响较小）。,剪力墙的厚度是否满足承载力的要求，只能根据最终的设计计算结,果检验；剪力墙平面外失稳验算方法，详见,高规,附录,D,。,带边框剪力墙的最小厚度应满足,4,2.,梁、柱截面及混凝土强度等级,框架,-,剪力墙结构中框架梁的截面估算方法与框架结构完全相同；,框架柱截面的估算方法亦与框架结构相同，仅轴压比限值不同，轴压比,限值见下表：,框架、剪力墙混凝土强度等级等要求，分别同第,5,章、第,6,章相应的要求。,轴压比限值,5,框架,-,剪力墙结构在水平力作用下，结构,底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值,不尽相同，结构性能也有较大的差别。在结构设计时，应据此比值确定该结构相应的适用高度和构造措施。计算模型及分析均按框架,-,剪力墙结构进行实际输入和计算分析。具体规定如下所述：,1,、当框架部分承担的倾覆力矩不大于结构总倾覆力矩的,10%,时，意味着结构中框架承担的地震作用较小，绝大部分均由剪力墙承担，工作性能接近于纯剪力墙结构，此时结构中的剪力墙抗震等级可按剪力墙结构的规定执行；其最大适用高度可按剪力墙结构的要求执行；其中的框架部分应按框架,-,剪力墙结构的框架进行设计，也就是说需要进行剪力调整，其侧向位移控制指标按剪力墙结构采用。,2,、当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的,10%,但不大于,50%,时，意味着该结构属于典型的框架,-,剪力墙结构，此时按本章有关规定进行设计。,7.3,关于框架,-,剪力墙设计的有关规定,6,4,、当框架部分承受的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的,80%,时，意味着结构中剪力墙的数量极少，此时框架部分的抗震等级和轴压比应按框架结构的规定执行，剪力墙部分的抗震等级和轴压比按框架,-,剪力墙结构的规定采用；其最大适用高度宜按框架结构采用。对于这种少墙框剪结构，由于其抗震性能较差，不主张采用，以避免剪力墙受力过大、过早破坏。当不可避免时，宜采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用。,当出现第,3,或第,4,的情况时，为避免剪力墙过早开裂或破坏，其位移相关控制指标应按框架,-,剪力墙结构采用。,3,、当框架部分承受的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的,50%,但不大于,80%,时，意味着结构中剪力墙的数量偏少，框架承担较大的地震作用，此时框架部分的抗震等级和轴压比宜按框架结构的规定执行，剪力墙部分的抗震等级和轴压比按框架,-,剪力墙结构的规定采用；其最大适用高度不宜再按框架,-,剪力墙结构的要求执行，但可比框架结构的要求适当提高，提高的幅度可视剪力墙承担的地震倾覆力矩来确定。,7,7.4,框架,-,剪力墙结构的内力及位移计算,一、竖向荷载作用下的内力计算,框架的内力计算同第,5,章,剪力墙的内力计算同第,6,章,二、水平荷载作用下的内力及位移计算,协同工作法,1.,基本假定,1,）将所有框架合并为总框架，所有剪力墙合并为总剪力墙,。,总框架、总,剪力墙的刚度分别为各单个结构刚度之和，且沿竖向均匀分布（当刚度,沿竖向有变化时，取其加权平均值）。,2,）在同一楼层上，总框架和总剪力墙的水平位移相同。（条件是合力中心,与刚度中心重合，否则，应考虑扭转。）,3,）将连梁简化为沿高度均匀分布的连续弹性薄片，反弯点在跨中。,8,2.,计算简图,9,3.,内力及位移计算,说明：因为弯矩正向定义与材料力学不同，所以公式中的正负号与材料力学中的相反。,根据,M,、,V,、,p,的微分关系,对总剪力墙则有：,10,式中：,刚度特征值反映总框架与总剪力墙的刚度比。,将不同的水平荷载（均布、倒三角、顶部集中力）代入上式，并求解微分方程，可得出位移曲线方程如下：,为了将,p,f,用变形曲线函数,y(x,),表达,应先给出总框架的剪切刚度,C,f,，即总框架产生单位转角所需之力。,11,均布荷载作用：,为了将上式制成图表以方便使用，需将以上各式化成无量纲形式，,根据上式制成的图，即教材中的图,7.11,图,7.13,。,12,13,14,15,倒三角形荷载或顶部集中荷载作用下，公式推导过程同上，此处从略。,图表见教材图,7.5,图,7.10,。,4.,计算步骤,（,1,）计算总剪力墙、总框架刚度,（,2,）由,及楼层相对,标高,（,=,x,/H,），并根据水平荷载形式查图,7.5,图,7.13,的位移,及内力,系数，然后分别乘以 ，即可得到总剪力墙的位移及内力。,（,3,）根据,各片剪力墙的等效刚度，将总剪力墙的内力分配给各片剪力墙；,总框架的剪力可由下式确定,每根框架柱的剪力为 ，其余计算同,D,值法。,16,已知：如图所示框架,剪力墙结构，承受均布荷载,q=150kN/m,，刚度特征值,=2.5,，求底层、,5,层、,8,层、,10,层处总剪力墙的,M,w,及,V,w,和总框架的,V,f,，并给出内力,(M,w,、,V,w,、,V,f,),的分布图。,17,层号 标高,10,8,5,0,30,24,15,0,1,0.8,0.5,0,0,-0.056,-0.0125,0.53,0,-3780,-844,35775,-0.232,-0.055,0.203,1,-1044,-248,914,4500,1044,1148,1336,0,18,19,5.,框架,剪力墙刚结体系,前面给出的计算方法中，总框架与总剪力墙之间没有连梁，二者之间是用楼板相连的，无约束弯矩，我们称这种体系为,框架,剪力墙铰接体系,。,下图所示框架,剪力墙中，有,连梁,直接与剪力墙相连，连梁将对剪力墙产生约束弯矩，我们称这种情况为,框架,剪力墙刚结体系,。,结构平面图,刚结体系计算简图,20,结构平面图,刚结体系,铰接体系,21,22,23,刚结体系的计算方法与铰接体系的计算方法基本相同，仅刚度特征值及总框架剪力的计算有变化（具体公式推导从略）。,1,）,刚度特征值,其中，,n,为同一层内连梁与墙肢相交的结点数。,n,个结点的统计方法是：,每根两端刚域连梁有,2,个结点，,m,ij,是指,m,12,及,m,21,；一端刚域的连梁只有一个,结点，,m,ij,是指,m,12,式中,2,）总框架广义剪力,总框架的剪力为,总连梁的约束弯矩为,总剪力墙的剪力为,（为按铰接体系求出的剪力墙剪力）,24,每根连梁的约束弯矩,其余计算方法同铰接体系。,25,6.,刚度特征值与内力、位移的关系,1,）,与剪力分布的关系,当,很小时，剪力墙承担大部分剪力，当,=0,时，即为纯剪力墙结构；,当,很大时，框架承担大部分剪力，当,=,时，即为纯框架结构；,在,1,6,之间时，在顶部框架与剪力墙的剪力均不为零（但二者之和为零），,在底部，剪力墙承担全部剪力，框架剪力为零（这是由近似计算造成的，实,际框架会受一定剪力）。,（注意：纯框架结构剪力分布下大上小、顶部为零，控制截面在底部；框架,-,剪力墙中的框架，剪力最大值发生在中部附近，大约在,=0.3,0.6,之间,，随着,增大，向下移动。）,26,当,1,时，变形曲线为弯曲型（层间位移上大下小）；,当,6,时，变形曲线为剪切型（层间位移上小下大）；,当,=1,6,之间时，变形曲线介于弯曲型和剪切型之间，下部略呈弯曲型，,上部略呈剪切型，称为弯剪型。,2,）,与位移曲线的关系,27,从图中可见，当,2.4,时，框架部分承受的地震倾覆力矩大于总地震倾,覆力矩的,50%,，,说明剪力墙数量偏少，,其框架部分的抗震等级应按纯框架结构,采用，轴压比限值应按纯框架结构的规定采用。,另外，剪力墙也不必布置得过多，宜使,1.15,，否则，框架承受的剪力,将过小，不能充份发挥作用。,由此可见，最佳范围为,2.4,1.15,，。当然，,不在最佳范围之内也是,可行的。,3,）,的最佳范围,28,7.5,截面设计要点及构造要求,框架,剪力墙的截面设计及构造要求基本上与第,5,章框架结构、第,6,章剪,力墙结构相同，以下仅介绍一些不同之处。,一、框架总剪力的调整,抗震设计时：,1.,当,V,f,0.2V,0,时，其框架总剪力不必调整；,2.,当,V,f,0.2V,0,时，其框架总剪力应按,0.2V,0,和,1.5V,fmax,二者的较小值采用。,二、构造要求,框架,剪力墙结构中，剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率：,抗震设计时,0.25%,非抗震设计时,0.2%,并至少设置双排，拉筋直径,6,，间距,600,与剪力墙重合的框架梁可保留，亦可做成宽度与剪力墙同厚的暗梁，暗梁,高度可取,2,倍墙厚或与框架梁等高，暗梁可按构造要求配筋。,剪力墙底部加强部位的边框柱箍筋宜全高加密。,29,根据 ，查下图或由公式计算可知，此时,大约为,1.15,。,30,