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 结构教研室电话电话:68598194:68598194 移动移动:13808350830:13808350830CHAPTER SevernCHAPTER Severn1 1CHAPTER CHAPTER SevernSevern 框架剪力墙结构的内力和位移计算 框架剪力墙协同工作原理 铰结体系在水平荷载下的计算 刚结体系在水平荷载下的计算 内力计算2 2框架_剪力墙3 34 45 5框架_剪切形 剪力墙_弯曲形框架-剪力墙_弯曲 -剪切形6 6 7.1框架剪力墙协同工作原理 一、框架剪力墙结构的变形与受力特征 对比： 框架剪切型层剪力按照D值分配 剪力墙弯曲型层剪力按照EI值分配 框剪弯剪型层剪力按照？分配2018/7/132018/7/137 7框架剪力墙协同工作原理 在下部：剪力墙帮框架受剪框架底部剪力减少 在上部：框架帮剪力墙受剪框架顶部剪力加大 框架剪力墙结构中的框架，其所受剪力以及层间变形趋于均匀化2018/7/132018/7/138 8框架剪力墙协同工作原理 9 9四、两种计算简图根据总剪力墙与总框 架之间的联系性质， 框架剪力墙结构的 计算简图可分为两类 铰结体系与刚结体系（1）通过楼板联系 简化为铰结连梁，形 成铰结体系总剪力墙总框架框架剪力墙协同工作原理 2018/7/132018/7/131010框架剪力墙协同工作原理 1111 7.2 铰结体系协同工作计算 1、总剪力墙及总框架的刚度计算 总剪力墙抗弯刚度 ， 为每片墙的等效抗 弯刚度 总框架抗推刚度 ，表示产生单位层间角位移所 需的推力，如下图所示框架抗剪刚度框架的D值2018/7/132018/7/131212铰结体系协同工作计算 2、微分方程的建立 力（荷载）平衡条件： 变形协调条件2018/7/132018/7/131313 力与变形关系剪力墙框架铰结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/131414上式联立，经整理可得引入（称为刚度特征值）则得铰结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/131515由上式可解出结构的侧移y，并由此求出：铰结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/1316163、计算图表的应用 （1）根据荷载形式（有三种）、刚度特征值和高度坐标查 图表得系数 P189（2）根据荷载形式按悬臂杆计算顶点侧移fH，底截面弯矩M0 和底截面剪力V0 （3）计算结构顶点侧移y、总剪力墙弯矩Mw和剪力VW以及总框 架剪力VF铰结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/131717 7.3 刚结体系协同工作计算 刚结体系与铰结体系的主要区别在于：总剪力墙与总框架 之间的连梁对墙肢有约束弯矩。即连梁切开后，除轴力外 ，还有剪力，将剪力向墙肢截面形心取矩，并沿高度连续 化，便形成分布的约束弯矩 m（x），如图。即连梁对墙肢 具有约束作用2018/7/132018/7/131818刚结体系协同工作计算 1、刚结连梁对墙肢端约束弯矩m(x)的计算剪力墙与框 架间的连梁剪力墙之 间的连梁 刚域取法和连梁 约束弯矩系数参 照壁式框架2018/7/132018/7/131919（1）两端有刚域的约束弯矩系数（连梁两端均为剪力墙）（2）另一端有刚域的约束弯矩系数（连梁一端为剪力墙，另 一端为框架）刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/132020（3）当转角为(x)，同一层有n个刚结点，并沿层高h离散使 之连续化，则总线约束弯矩为钢结连梁的约束弯矩使剪力墙x截面产生的弯矩为：相应的剪力(等代剪力) ： 相应的荷载(等代荷载)： 钢结连梁的约束 弯矩所分担的剪 力和荷载刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/1321212、微分方程的建立（与铰结体系相仿）刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/132222经整理可得引入则得刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/132323比较铰结体系 （1）微分方程相同，因此铰结体系中微分方程的解及图表对刚 结体系均适用 （2）值的计算不同 （3）刚结体系的 相当于铰结体系的 ，因此 剪力计算两者不同，即用图表得 ：由平衡条件：铰结体系刚结体系式中：称为框架广义剪力刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/1324243、计算步骤 (1)由荷载形式、查图表，得系数 (2)按悬臂杆计算 (3)位移与内力 结构顶点位移 总剪力墙总弯矩 总框架广义剪力 总框架总剪力 总连梁总约束弯矩 总剪力墙总剪力刚结体系协同工作计算 2018/7/132018/7/132525几个概念a） 一般剪力墙一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪 力墙。B) 短肢剪力墙要点：高层建筑混凝土结构规程JGJ32002规定， 短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的 剪力墙。短肢剪力墙的刚度过小，稳定性差，故抗震性能较 差，故其最大适用高度、使用范围、抗震等级及其 它构造措施，均有使用限制。2626c) 剪力墙连梁短肢剪力墙剪力墙之间的拉梁（剪力墙上垂直洞口之间的 墙体）称为连梁；剪力墙之间宜采用弱连梁连接；当连梁跨高比不小于5时，宜按框架梁设计；小于5时，是剪弯构件，有专门设计规定。2727 7.4 构件 内力计算（内力的“再分配”）问题：求出总剪力墙、总框架、总连梁的内力后，如何计算 各墙肢、框架梁、框架柱及连梁的内力 1、剪力墙的内力 按各片墙的等效抗弯刚度 分配总剪力墙的总内力，即2018/7/132018/7/132828构件内力计算（内力的“再分配” ）2、框架梁柱的内力 按照各柱的抗侧刚度D值分配总框架的总剪力VF，并取各楼层 上、下两层楼板标高处的VF的平均值作为该层柱中点（反弯 点）的剪力，据此剪力按平衡条件再求梁柱的其他内力，各 层柱中点的剪力为 为了保证框架的安全，高规规定： VF应不小于0.2V0；对 VF6时，变形曲线呈剪切形16时，变形曲线呈弯剪型（或反S型） 2018/7/132018/7/133131讨论(2)剪力分配 沿高度 不成一定比例 在底部：剪力墙的剪力最大，框架的剪力为0(近似计算造成)在上部：剪力墙出现负剪力，而框架承担的剪力比外荷载产生 的剪力还要大 在顶部：剪力墙与框架的剪力都不等于02018/7/132018/7/133232(3)水平荷载分配 对剪力 和 微分后可得荷载 和 。 在底部：剪力墙所受的荷载 比外荷载 大，而框架承 受反向荷载； 在顶部：剪力墙与框架有大小相等、方向相反的集中力，这 是由于它们的顶部剪力不等于0的缘故讨论2018/7/132018/7/1333332、框剪结构设计中应注意的问题框剪结构容易满足平面布置灵活和有较大抗侧刚度的要求。 此外，由于框架与剪力墙协同工作，使框架层剪力分布，从 底到顶趋于均匀（与纯框架结构中，框架层剪力上小下大不 同），这对框架的设计十分有利框架柱和梁的断面尺寸和 配筋可以上下比较均匀 由此可以看出三个值得注意的问题： （1）纯框架设计完毕后，如果又增加了一些剪力墙（例如电梯 井，楼梯井等改成剪力墙），就必须按框架剪力墙结构重 新核算 （2）剪力墙与框架协同工作的基本条件是：传递剪力的楼板必 须有足够的整体刚度。因此框剪结构的楼板应优先采用现浇 楼面结构，剪力墙的最大间距不能超过规定限值讨论2018/7/132018/7/133434（3）框架结构中剪力墙的容量 剪力墙数量多，地震震害减轻，多设剪力墙可以提高建筑物 抗震性能。但是剪力墙数量愈多，建筑物用料愈多、造价愈 高。剪力墙愈多则刚度愈大，自振周期愈短，地震作用愈大 ，加大了结构的受力。而且，即使剪力墙再多，框架部分耗 用的材料并不能减少（因为 ） 剪力墙数量要满足位移限值是一个必要条件。此外，应使剪 力墙与框架的比例适当，使1.12.2为宜讨论2018/7/132018/7/133535讨论3636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 结构教研室电话电话:68598194:68598194 移动移动:13808350830:138083508303737