高层建筑结构设计知识-剪力墙结构内力计算

高层建筑结构设计知识
框架－剪力墙结构的内力计算
高层建筑结构设计知识-剪力墙结构的内力计算
整体参数
2 1
3H 2D hcs
6H 2D 3H 2D
h Ii
hcs
H
6
I~ c 2 I
h (I1 I 2 ) a 3 I A
>10 ,属于整体小开口墙 <10 , 属于双肢墙。 <1，则为两个独立的悬臂墙肢 >10, ，但同时，IA/I 大，则属于壁式框架。
▪ 1. 计算简图的尺寸 ▪ 2. 刚域的特点: 不产生弯曲和剪切变形 ▪ 3. 刚域的尺寸选取
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刚域的尺寸
目前常用的取法： 梁的刚域与梁高 有关，进入结合区的长度为四分之一 的梁高；柱的刚域与柱宽有关，进入 结合区的长度为四分之一的柱宽。
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在以上基本假定基础上，剪力墙和框架在相同标高处 的侧移相等。可将结构中所有剪力墙合并，所有框架合并， 形成总剪力墙和总框架的计算简图。
忽略连 梁对剪 力墙的 约束
考虑连 梁对剪 力墙的 约束
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总剪力墙的抗弯刚度的计算
m
1)第i层的m片墙的总抗弯刚度计算： EWIWi EWIeqj,i
框架
水平位移
楼板与连梁的连接作用使框架与剪力墙协同工作。 二者之间的相互作用力自上而下大小不同，且方向变化。
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一、基本假定和计算简图 1.基本假定 1)楼板平面内刚度无限大；2)不考虑扭转(刚度中心与质量
中 心一致)。
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OR i ' E I~
L
L
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I~ I 1
反弯点高度比
yn
yasny y 1y2y3
标准反弯点高度比，根据梁柱相对刚度比确定
Ks2K1K2K3K4 2ic
其 余 类 同
K Kb 2K c
普 通
K OR
框
2 K
架 计 算
0 .5 K 2 K
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2)各层墙的抗弯刚度加权平均值
j1
即为总剪力墙的抗弯刚度：
n
EW IWi hi
EW IW i1 H
总框架的刚度计算 1)第i层m个柱的总刚度计算： 2)各层柱的刚度加权平均值 即为总框架的刚度：
m
C Fi Dij hi j 1
n
C Fi hi
C F i1 H
抗震计算时需考虑纵横两个方向的地震作用，由各自方向 上的剪力墙和框架来承担地震力，一个方向的墙可作为另一 方向墙的翼墙，翼缘有效宽度的取值见剪力墙结构。
计算柱的抗侧刚度D
确定楼层各柱剪力
Vij
Di Di
Vj
确定各柱反弯点高度
S2
K
Ki Sh'
2ic
h
y h (a s0y y 1 y 2 y 3 )h
根据上下梁线刚度比，确定 y1 根据上层层高与本层之比，确定 y2 根据下层层高与本层之比，确定 y3
计算杆端弯矩
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洞口较大，连梁刚度大于或接近 墙肢刚度，则演变为壁式框架。
其主要特点：
每层墙肢都有反弯点；
梁柱结合部刚度无穷大（刚域）；
由于杆件截面高跨比大，因此需 考虑剪切效应。
判别条件
10 IA Z I
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壁式框架计算简图
水平荷载下壁式框架使用计算步骤
确定框架跨度和层高
确定刚臂尺寸
计算梁柱线刚度
梁左端
K12c i (1a1 b a) 3(1 b)i
梁右端
K21c'i(1a1 b b) 3(a 1)i
柱 其中
K(c'c)i/2(1ab 1 )3(1)i
iEI L
1 l'2 2 G EA I
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高层建筑结构设计知识-剪力墙结构的内力计算
不同剪力墙的内力变化
整体剪力墙截面为整体弯曲应力； 小开口墙以整体弯曲应力为主； 双肢墙整体弯矩为主，墙肢弯矩为辅。很少,无反 弯点。 壁式框架柱轴力效应显著，有反弯点。 独立悬臂墙同整体墙。
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壁式框架在水平荷载作用下的近似 计算
K i1 i2 ic
c
0.5 K 2K
层 铰接
K i2 ic
K i1 i2 ic
wenku.baidu.com
c
0.5K 1 2K
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带刚域的柱的D值
D
Kc
12 h2
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其中
考虑梁柱线刚度比的修正系数
c , c ' 考虑剪切效应和刚域影响的综合修正系数
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刚域定义
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D值法 综上所述，各种情况下柱的侧向刚度 D 值中系数 c 及梁柱线刚度比 K 按下表所列公
式计算。
柱侧向刚度修正系数 c
边柱
中柱
位置
简图
K
简图
K
c
一般层
K i2 i4 2ic
K i1 i2 i3 i4 2ic
c
2
K K
底 固接
K i2 ic
课后思考题
1、剪力墙类型和计算方法？ 2、整体墙的定义？ 3、小开口墙的受力特点？ 4 、反弯点法、 D值法和壁式框架得出的框架侧移
刚度
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框架－剪力墙结构的内力计算
第一节 框架－剪力墙协同工作原理
竖向荷载作用下，按各自的受荷面积计算出每榀框 架 和每榀剪力墙的竖向荷载，分别计算内力。
K 12
ci
(1
1 a b a b ) 3 (1
i)
i
12 EI GAL 2
1b a K 21 c ' i (1 a b ) 3 (1 i ) i
i ' EI i L (1 ) 1
K (c' c)i / 2
1
i
(1 a b ) 3 (1 i )
i EI
剪力墙为承受水平荷载的主要构件，框架承担的水平荷 载较少。
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剪力墙在水平荷载作用下的变形为弯曲型，框架则为剪切型 在结构下部，框架把墙体向右拉，墙将框架向左拉； 在结构上部，框架把墙体向左拉，墙将框架向右拉。
高度 剪力墙
框架－剪力墙
剪力墙 （弯曲型变形）
框架 （剪切型变形） 高层建筑结构设计知识-剪力墙结构的内力计算