高层建筑结构3(剪力墙结构)ql.

第四章剪力墙结构*********剪力墙结构概述**********约束边缘构件和构造边缘构件抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值。当剪力墙高度超过150m时，底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；一、二级抗震设计剪力墙的其他部位及三、四级抗震设计和非抗震设计的剪力墙墙肢端部均应设置构造边缘构件。连梁抗震设计时，沿连梁全长箍筋的构造按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求配置。非抗震设计时，沿连梁全长的箍筋直径不应小于6mm，间距不应大于150mm。当连梁截面高度大于700mm时，其两侧面沿梁高范围设置纵向构造钢筋（腰筋）的直径不应小于10mm。一般规定1）剪力墙宜双向布置，抗震设计时应避免单向有墙的结构形式；2）抗震设计时短肢剪力墙的抗震等级应比规程中的抗震等级提高一级，短肢墙的截面厚度不应小于200mm。(高厚比小于8的墙)3）较长剪力墙宜开设洞口将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2。墙肢截面高度不宜大于8m。4）按一、二级抗震设计等级设计的剪力墙截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm；其他部位不应小于层高或无支长度的1/20，且不应小于160mm。5）按三、四级抗震等级设计的剪力墙截面厚度，底部加强部位不应小于层高或无支长度的1/20，且不应小于160mm。其他部位不应小于层高或无支长度的1/25，且不应小于160mm。6）非抗震设计的剪力墙，其截面厚度不应小于层高或无支长度的1/25，且不应小于160mm。7）当墙厚不能满足以上要求时，需计算墙体稳定：Ec:混凝土弹性模量；q：作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值；t：墙肢截面厚度；l0：墙肢计算长度，详见《高规》附录D。32010cEtql配筋1）一、二、三级抗震设计时竖向和水平分布筋的配筋率不小于0.25%，四级抗震及非抗震时不应小于0.2%；2）一般剪力墙竖向和水平分布筋间距均不应大于300mm，分布钢筋直径均不应小于8mm；3）剪力墙水平、竖向分布钢筋的直径不宜大于墙肢截面厚度的1/10。4）房屋顶层剪力墙以及长矩形平面房屋的楼梯间、电梯间剪力、端开间的纵向剪力墙、端山墙的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率不应小于0.25%，间距不应大于200mm。一.剪力墙结构的计算简图与计算方法一、基本假定1）楼板在自身平面内刚度很大，可视为刚度无限大的刚性楼板，而平面外刚度很小，可忽略不计；2）各榀剪力墙在自身平面内刚度很大，而平面外的刚度很小，可忽略不计。剪力墙的荷载分配1.竖向荷载作用下，按每片墙体的受荷面积计算其荷载，直接计算墙肢上的轴力。2.水平荷载作用下，各片剪力墙通过刚性楼板连接，楼层总水平荷载按各片墙体刚度分配，分片计算墙体内力。ceqjijpiceqjEIVVEI二、剪力墙的分类和计算2.1整体墙和小开口墙没有门窗洞口或者洞口面积很小可以忽略，该类型的剪力墙相当于一个整体悬臂墙，符合平面假定，正应力为直线分布。2.2双肢墙和多肢剪力墙开有一排较大洞口的剪力墙为双肢墙；开有多排较大洞口的剪力墙叫多肢墙。此时截面的整体性已破坏，正应力分布不再符合直线规律。当洞口更大，连梁刚度很大时，称为壁式框架。2.3框支剪力墙底部为框架结构，上部为剪力墙结构。2.4不规则大洞口墙第二节整体墙和小开口墙一、整体墙的计算墙上门窗开洞面积不超过墙面面积的15％，且孔间净距及孔洞至墙边的净距大于孔洞长边尺寸时，可以忽略洞口的影响，认为平面假定仍适用，截面应力可按材料力学公式进行计算，可按悬臂墙计算。截面面积Aq取无洞截面的横截面面积乘以洞口消弱系数：00011.25qdAAAAAd：洞口总立面面积A0:剪力墙立面总墙面面积A：无洞口截面面积惯性矩Iq取有洞与无洞截面惯性矩沿竖向的加权平均值：Ij：剪力墙沿竖向各段的惯性矩有洞口时扣除洞口影响；hj：各段高度。11njjjqnjjIhIh小开口整体墙的计算墙肢内力特点：1)正应力在整个截面上基本是直线分布，局部弯矩不超过整体弯矩的15％；2)大部分楼层上墙肢弯矩不具有反弯点。110.850.150.85iiPPkiiiiiPIIMMMIIAyNMI****I为整个剪力墙截面对组合截面形心的惯性矩墙肢剪力的计算底层按墙肢截面面积分配：上部各层剪力可按材料力学公式计算截面的剪应力，各墙肢剪应力之合力即为墙肢剪力；或按墙肢截面面积和惯性矩比例的平均值分配剪力，即：011iikiiAVVA12iipiiIAVVAI剪力墙的等效刚度就是将墙的弯曲、剪切和轴向变形之后的顶点位移，按顶点位移相等的原则，折算成一个只考虑弯曲变形的等效竖向悬臂杆的刚度。有了等效惯性矩，可以直接按受弯悬臂杆的计算公式计算顶点位移。剪力墙的顶点位移计算eEIHV30顶点水平位移统一表达其中V0---底部总剪力α---系数顶点集中荷载1/3，均布荷载1/8，倒三角形荷载11/60.H---剪力墙总高EIe---等效抗弯刚度GAHEIIIGAHEIIIGAHEIIIEIHVGAHEIEIHVGAHVEIHVeeee2223023003064.31413133133倒三角形载荷均布载荷同理得：其中：）（剪切变位弯曲变位以集中载荷为例：******对矩形截面剪力不均匀系数u取1.2剪切效应的影响分析223300030)(434.01232.133HhEthHthEHVEIGAHVGAHVEIHV剪切变位弯曲变位以集中载荷为例：小开口剪力墙计算例题kNVkNmMkNVkNmMkNmMkNVmImxmImAmImApp5.3358.20008.2006.7557.95587.35155.05.5357.351517.309.3264.0468.012.036.0221124042224121底部总弯矩底部总剪力截面形心位置42022111185.351.0472.0675.21.24.125.114.192885.0mhhIImANNkNIyAMNiiiqqp折算惯性矩等效截面洞口削弱系数mEIHVmkNAHIEIEIqpqqqeq04.0812.11007.9913272课后思考题1、剪力墙结构的基本假定？2、剪力墙类型和计算方法？3、整体墙的定义？4、小开口墙的受力特点？第三节双肢墙的计算一、基本假定柱梁刚度比很大，墙肢为矩形截面或T型截面，以截面的形心线作为墙肢的轴线，连梁一般取矩形截面。连续连杆法的基本原理将各楼层处的连梁简化为均布在整个楼层高度上的连续连杆，即将有限点的连接变成了无限点的连接，为建立微分方程作准备；1）连梁的轴向变形忽略不计，即两墙肢的水平位移相同；2）同一标高处两墙肢的转角和曲率是相等的，连梁的反弯点在梁跨中。3）层高、惯性矩和面积等参数沿高度为常数。该方法适用于开洞规则、由下到上墙厚和层高都不变的联肢墙。基本思路：由切开处的变形连续条件建立τ(x)的微分方程，求解微分方程可得连杆剪应力τ(x)。将一个楼层高度范围内各点剪应力积分，还原成一根连梁中的剪力，各层连梁中的剪力求出后，所有墙肢及连梁内力都可以求出。力法方程的建立基本体系在外荷载、切口处轴力σ（x）和未知剪力τ（x）作用下产生变形，但由于原结构在切断点处是连续的，所以基本体系沿τ（x）方向的位移为零。1.墙肢弯曲和剪切变形产生的位移122mmdyccdxθm是墙肢弯曲变形产生的转角，顺时针方向为正。假设连梁与墙肢在轴线处保持垂直。墙肢有剪切变形时墙肢的上下截面产生相对水平错动，该错动不会引起连梁切口处的竖向相对位移。2.墙肢轴向变形产生的位移只有竖向作用的剪力τ(x)才使墙肢产生轴力和轴向变形。墙肢轴向变形产生的切口处相对位移3.连梁由于弯曲和剪切变形产生的位移弯曲变形产生的相对位移：（图乘法）剪切变形产生的相对位移：（结构力学剪切应变）总相对位移：3323MLxhaEI32VLxhaAGQGA333322313LMVLLxhaEIEIAGaIL为连梁的惯性矩，为连梁考虑剪切变形后的折算惯性矩33~23LxhaEI~223110.7LLLLLLIIIEIhAGaa2212,0.42512LLLLLLAhIhGEAA~LI将以上各式叠加，即可得到基本体系在外荷载、切口轴力和剪力作用下沿τ（x）方向的总位移：3123~0122111203HxmxLxhacxdxdxEAAEI3////~12112203mLxhacxEAAEI双肢墙连续化方法的基本微分方程引入外荷载的作用M1：墙肢1,x截面的弯矩；左边受拉为正。M2：墙肢2,x截面的弯矩；0xMxd根据各墙肢弯曲曲率相等的假定，可得：222122222121220()2()2pxpdydydydxdxdxdyEIIMMMcNxdxMcd引入m(x)表示连梁剪力对两墙肢弯矩之和，称为连梁对墙肢的约束弯矩。代入上式，并对x微分一次，得：对于常见的三种外荷载，上式可写为：()2mxcx//121mpVmEII2//012//012//01211111mmmxVmEIIHxVmEIIHVmEII连梁刚度系数：未考虑墙肢轴向变形的整体参数：双肢组合截面形心轴的面积矩：考虑墙肢轴向变形的整体参数：32~acIDLDIhHi221621212AAAcAShcsDH22123双肢墙基本微分方程022102212022122])1(1[)()(VHHxVHHxVHxmHxm倒三角荷载均布荷载顶部集中荷载基本方程的求解令则：解：2210)()(Vxxm22222])1(1[)()(12)1(1)()()(2221shCchCxxH边界条件：墙顶弯矩为零，墙底弯曲转角为零：最终可得出一般解为：00,022dxydx01,Hx12)1(1)(012)()(1)(1])(1[)(1])(2)21[()(2222shchchchshchsh2312112116LssiiiiicHIThIIaIIAyTII0()()22xHmTVcc1212211,2222,1111,1,1shchshshchshshshchch22xxxxeeshxeechx双肢墙内力计算连梁约束弯矩：j层连梁的弯矩：j层连梁的剪力：j层连梁的端部弯矩：j层墙肢轴力：)()(2210Vmhmmj)(chmVlj2)(aVMLjLjnjLjjVNNN2