框剪结构设计

7高层框架-剪力墙结构设计7.1一般规定1.结构形式2.框剪结构的结构布置原则3.设计方法的选择7.2框架-剪力墙结构的近似计算竖向荷载作用下，按各自的受荷面积计算内力水平荷载作用下，通过楼板协调变形，采用协同工作方法计算内力框架和剪力墙在共同承担外部荷载的同时，二者之间为保持变形协调还存在着相互作用。框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。框-剪结构协同工作计算方法，适用于比较规则的结构，且只能计算平移时的剪力分配；若有扭转，则单独进行扭转计算，然后内力叠加。基本假定①楼板在自身平面内的刚度为无穷大，平面外刚度为零。这一点同剪力墙结构分析时的假定是一样的。在此假定下，一个结构区段内的所有框架和剪力墙将协同变形，没有相对变形。②结构区段在水平荷载作用下，不存在扭转。这一假定是为了现在的分析方便而提出来得。没有扭转、只有平移时，一个结构区段内所有框架、剪力墙在同一楼层标高处侧移相等，从而使分析大为简化。实际结构中，在水平力作用下，结构出现扭转是不可避免的。存在扭转时结构的受力分析将在后面的内容里加以讨论。需要指出的是，扭转的存在不仅使计算工作大为复杂，而且对结构的受力也是十分不利的。7.2.1简化假定及计算简图所有梁柱单元集成为总框架，按抗推（剪切）刚度；所有墙肢集成为总剪力墙，按悬臂墙计算其抗侧刚度EIeq；与墙肢相连的联系梁集成为总联系梁；计算简图一：铰接体系—剪力墙与框架通过楼板联系2片墙5榀框架计算简图二：刚接体系—剪力墙与框架通过梁联系•计算目的：计算总剪力墙的剪力、弯矩，总框架的剪力，总联系梁的弯矩、剪力。4片墙5榀框架2跟连梁4个刚节点7.2.2协同工作的基本原理连续化方法—将总联系梁沿全高连续分布,成为连续杆件•对铰接体系，按材料力学悬臂梁内力与弯曲变形的关系式,有下列关系（要求推导）xpxpdxydEIfw44Pfi沿高度连续化而来定义:框架的抗推刚度—总框架在楼层处产生单位剪切变形所需要的水平剪力。协同工作计算方法中，假定总框架各层抗推刚度相等；也假定总剪力墙各层刚度相等。实际工程中，各层Cf和EIW可能不同。如果各层刚度变化太大，本方法不适用。如果相差不大，可用加权平均值方法得到Cf和EIW定义:框架的抗推刚度—总框架在楼层处产生单位剪切变形所需要的水平剪力。dxdyCCVfff由以上定义，得总框架的层间剪力为：对上式微分，得：22dxydCxpdxdVfff将pf(x)代入，得：wwfEIxpdxydEICdxyd2244令：HxwfEICH整理后，得（框－剪结构协同工作微分方程）：pEIHdyddydw422244倒三角形分布荷载作用下的计算公式为：由此，据求解的位移函数y（x）可确定剪力墙任意截面处的转角、弯矩和剪力（以下依次）。ddyHdxdy122222dydHEIdxydEIdxdEIM33233dydHEIdxydEIdxdMVddyHCdxdyCVfff框架承担的剪力为：注：以下图表编号中5-均应为7-计算图表：由、查出表中系数，按下列公式计算（以下依次为侧移、墙弯矩、墙剪力）0000VVVVMMMMffyy•总框架剪力为wpfVVV柱子剪力按抗推刚度分配有了柱子剪力，根据改进反弯点，即可求的梁、柱内力刚结体系在水平荷载下内力计算刚结体系与铰结体系的最大区别在于连梁对剪力墙约束弯矩的存在。仍采用连续连杆法计算，将连梁离散后在铰结点处切开，暴露出的内力除了之外，还有沿剪力墙高度分布的约束弯矩一、刚结连梁的端部约束弯矩系数连梁与剪力墙相连，如果将连梁的长度取到剪力墙的中心，则连梁端部刚度非常大，可以视为刚性区段，即刚域。刚域的取法同壁式框架。同样假定楼板平面内刚度为无穷大、同层所有结点转角相等。在水平力的作用下连梁端部只有转角，没有相对位移。把连梁端部产生单位转角所需的弯矩称作梁端约束弯矩系数，用m表示式子中没有考虑连梁剪切变形的影响。如果考虑，则应在以上两式中分别除以其中312)1()1(6balbaEIm321)1()1(6balabEIm12'12GAlEI按以上公式计算的结果，连梁的弯矩一般较大，配筋太多。实际工程设计中，为了减少配筋，允许对连梁进行塑性调幅，即将上式中的EI用hEI来代替，一般h不小于0.55。根据梁端约束弯矩系数，即可求得梁端约束弯矩：将集中约束弯矩在层高范围内分布，有一层内有n个连梁和剪力墙的刚结点时，连梁对总剪力墙的总线约束弯矩为1212mM2121mMhmhMmijijij'nijhmm1连梁总约束刚度二、基本方程及其解按照悬臂墙内力与侧移的关系有其中总剪力墙弯矩两次微分22dxpmddxpMHxFHxHxW)()()()(2244)()(dxydhmxpxpdxydIEijFWW)(2244WWmWWijFIECHIEhmCHHxWWIEHpdyddyd422244)(三、框—剪结构内力计算在计算框—剪刚结体系的内力时前述图表仍然可以采用。需要注意以下两个方面：①刚度特征值不同。在刚结体系里考虑了连梁约束弯矩的影响。②利用上述图表查到的弯矩即为总剪力墙的弯矩，查到的剪力不是总剪力墙的剪力。因为刚结连梁的约束弯矩的存在，利用表格查到的剪力实际是剪力墙广义剪力框架广义剪力mVVWW_mVVWW_mVVFF_外荷载产生的剪力仍然由总剪力墙和总框架承担广义框架剪力近似按刚度比分开，得到总框架剪力和梁端总约束弯矩：单片剪力墙的内力和框架梁柱内力的计算与铰结体系相同FWFWpVVVVV____WpFVVV_FmFFVCCV_FmijVChmmmVVWW_四、刚结连梁内力计算求到连梁总线约束弯矩m后，利用每根梁的结点约束弯矩系数进一步可以求到每根梁的端部（剪力墙中心处）弯矩：连梁剪力为ijmmmmmijijij'hmMijij'lMMVL2112433337-117-127.3框架-剪力墙结构的受力与变形特点back框架剪力墙框架-剪力墙•变形特点•荷载分配•剪力分布主要影响因素—刚度特征值λ=0时为剪力墙结构；λ=时为框架结构wfEICHback•框架-剪力墙结构的剪力分布•Vp•Vw•Vf00荷载分配剪力墙承受的荷载框架承受的荷载7.4内力调幅1.联系梁抗弯刚度折减，最低可达0.5EI目的：塑性铰出现在梁中；便于施工。2.框架剪力调整目的：保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力方法：抗震设计时，框架-剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力按下列方法调整：1）剪力不调整：满足Vƒ≧0.2V0要求的楼层，其框架总剪力不必调整；2）剪力须调整：不满足式Vƒ≧0.2V0要求的楼层，其框架总剪力应按0.2V0和1.5Vƒ,max二者的较小值采用即：Vƒ=min0.2V01.5Vƒ¸maxV0—对框架柱数量从下至上基本不变的规则框架，应取对应于地震作用标准值的结构底部总剪力；对框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，应取每段最下一层结构对应于地震作用标准值的底部总剪力。Vƒ—对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力；Vƒ,max—对框架柱数量从下至上基本不变的规则框架，应取对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值；Vƒ,max－对框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，应取每段中对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值。7.5框架剪力墙结构中剪力墙合理数量框剪结构中剪力墙配置不能过少也不能过多，数量应合理剪力墙合理数量受多种因素影响，目前仍以经验为主确定，高规对此尚无明确规定7.6框架-剪力墙的截面设计及构造要求框架-剪力墙结构中，剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，抗震设计时均不应小于0.25%，非抗震设计时均不应小于0.20%，并应至少双排布置。各排分布钢筋之间应设置拉筋，拉筋直径不应小于6mm，间距不应大于600mm。带边框剪力墙的构造应符合下列要求：1带边框剪力墙的截面厚度应符合下列规定：1）抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16；2）除第1项以外的其他情况下不应小于160mm，且不应小于层高的1/20；3）当剪力墙截面厚度不满足本款第1、2项的要求时，应按本规程附录D计算墙体稳定。2剪力墙的水平钢筋应全部锚入边框柱内，锚固长度不应小于la（非抗震设计）或laE（抗震设计）；3带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同；4与剪力墙重合的框架梁可保留，亦可做成宽度与墙厚相同的暗梁，暗梁截面高度可取墙厚的2倍或与该片框架梁截面等高，暗梁的配筋可按构造配置且应符合一般框架梁相应抗震等级的最小配筋要求；5剪力墙截面宜按工字形设计，其端部的纵向受力钢筋应配置在边框柱截面内；6边框柱截面宜与该榀框架其他柱的截面相同，边框柱应符合本规程第6章有关框架柱构造配筋规定；剪力墙底部加强部位边框柱的箍筋宜沿全高加密；当带边框剪力墙上的洞口紧邻边框柱时，边框柱的箍筋宜沿全高加密。带边框剪力墙边框柱边框梁框架暗梁立面图设置暗梁横截面