框架剪力墙结构设计-课件（PPT精）.ppt

第六章框架—剪力墙结构设计
【本章教学目标】
通过本章学习,掌握框架—剪力墙结构的协同工作原理及特点,了解框架—剪力墙结构两种计算图形的划分原则,了解铰接与刚接体系计算方法的推导过程,掌握其计算方法。了解两种体系计算的异、同点。掌握刚度特征值对框架—剪力墙结构和和位移的影响。掌握框架—剪力墙结构各个构件内力的计算方法。熟悉高层框架-剪力墙构件的设计要求和构造要求。
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第一节框架-剪力墙结构协同工作原理以及计算方法
框架——剪力墙结构由框架以及剪力墙两类抗侧力单元共同来抵抗水平力和竖向力。
图6-1 框架-剪力墙结构平面图
变形特点:
剪力墙变形以弯曲型变形为主
框架变形以剪切型变形为主
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图6-2 框架-剪力墙结构协同工作变形图
在同一结构中,楼板把两者联系在一起,楼板在其本身平面内刚度很大,它迫使框架和剪力墙在各层标高处共同变形。
框架:层间变形上小下大
剪力墙:层间变形上大下小
框架——剪力墙结构的层间变形在下部小于纯框架,在上部小于纯剪力墙,共同作用使曲线上、下层间变形更加均匀
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图6-3 框架-剪力墙结构协同工作受力图
受力特点:
协同工作时,剪力墙单元刚度比框架大得多,剪力墙担负大部分水平荷载。
两者之间相互作用力:
剪力墙下部变形增大,框架减小,故下部为拉力。
上部正好相反,剪力墙变形减小,框架增大,故上
部为推力。
框架上部和下部所受剪力趋于均匀化。
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计算方法:
1、杆件单元矩阵位移法:剪力墙简化成带刚域平面框架。该方法考虑杆件轴、剪、弯的影响,同行考虑扭转,计算结果较精确,这是目前大部分结构通用计算程序所采用的方法,它建立在平面结构假定的基础上,这种程序称为空间协同工作计算程序。
2、手算法:利用图表,较适用于比较规则结构中,可以得到满意的结果,这种方法不考虑柱轴向变形影响,在高度较大的高层建筑中计算有误差。
上述两种方法都基于平面结构以及楼板在平面内无限刚的假定,均是将纵向和横向水平荷载分别进行计算。
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第二节两种计算图形
本节主要目的是确定如何归并总剪力墙、总框架,以及如何确定剪力墙与总框架之间的联系和相互作用方式。
剪力墙和框架间联系有两类:铰接体系和刚接体系
一、铰接体系:通过楼板
图6-4 铰结体系
楼板的作用是保证各片平面结构具有相同的水平位移,但是假定平面外刚度为0,其对各个平面结构不产生弯矩,联系梁可以简化成铰结连杆。
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二、刚接体系:通过联系梁
图6-4 刚、铰结体系
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横向:2、6轴均为2片墙之间由联系梁连接,联系梁对墙会产生约束弯矩。
总剪力墙:4片墙组成
总框架:5片框架组成
总连杆:联系梁简化为连杆,连杆与剪力墙相连端为刚结,与框架相连端仍为铰结。包括4个刚结端。
纵向:9、10轴又有剪力墙又有柱。一端与墙相连,一端与柱相连的梁也称为联系梁,该梁对墙、柱都会产生约束作用,对柱约束反映在D值中,故同2、6轴,连杆与剪力墙为刚结,与框架为铰结。
总剪力墙:4片墙组成
总框架:2片框架+6根柱子组成
总连杆:包括8个刚结端
当联系梁刚度较小时,也可以忽略其对墙肢的约束作用,把连杆处理为铰结,上面两图是框剪结构简化的两种计算体系,分别为铰结和刚结体系。
包括:总剪力墙、总框架以及总连杆三部分。
其中刚性连杆包括所有与墙肢相连的联系梁刚结端。
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第三节铰结体系协同计算工作计算
一、总剪力墙以及总框架刚度计算
总剪力墙:抗弯刚度为每片剪力墙抗弯刚度之和:
EJw=
其中:k——剪力墙片数
EJeq——每片墙的等效抗弯刚度,按第五章方法进行计算。
总框架:为所有梁、柱单元总和,其刚度为所有柱抗推刚度的总和。框架抗推刚度的定义:产生单位层间变形角所需的推力CF
图6-5 框架抗推刚度
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根据柱D的定义,CF可由D值计算。
CF=hΣDj
假定:1、总框架各层抗推刚度相等,均为CF
2、总剪力墙各层抗弯刚度相等,为EJw
注意:实际工程中各层抗推刚度和抗弯刚度不可能相同,如果各层变化不大,本方法适用,相差过大,用加权平均方法可以得到平均的CF以及EJW值。
CFi——总框架中各种不同的抗推刚度
EiJwi——总剪力墙中各种不同的抗弯刚度
ni——每种不同的抗推、抗弯刚度的层数
当框架很高时,需要考虑柱轴向变形对CF(框架抗推刚度)的影响,以减小该方法的误差。
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