高层抗震剪力墙结构分析与设计.ppt

6.1 结构布置结构布置6.2 剪力墙结构平面协同工作分析剪力墙结构平面协同工作分析6.3 整截面墙的内力和位移计算整截面墙的内力和位移计算6.4 双肢墙的内力和位移计算双肢墙的内力和位移计算6.5 多肢墙的内力和位移计算多肢墙的内力和位移计算6.6 整体小开口墙的内力和位移计算整体小开口墙的内力和位移计算6.7 壁式框架的内力和位移计算壁式框架的内力和位移计算6.8 剪力墙分类的判别剪力墙分类的判别6.9 剪力墙截面设计和构造要求剪力墙截面设计和构造要求 结构分类和分析方法结构分类和分析方法受力特点对比和计算参数判别受力特点对比和计算参数判别6.1 6.1 结构布置结构布置6.1.1 6.1.1 墙体承重方案墙体承重方案1 1）小开间横墙承重）小开间横墙承重特点：特点：每开间设置承重横墙，间距为每开间设置承重横墙，间距为2.72.7.9m.9m，适用于住宅、旅馆等，适用于住宅、旅馆等 小开间建筑。小开间建筑。优点：优点：不需要隔墙；采用短向楼板，节约钢筋等。不需要隔墙；采用短向楼板，节约钢筋等。缺点：缺点：横墙数量多，承载力未充分利用，建筑平面布置不灵活，房屋自横墙数量多，承载力未充分利用，建筑平面布置不灵活，房屋自 重及侧向刚度大，水平地震作用大。重及侧向刚度大，水平地震作用大。大间距纵、横墙承重大间距纵、横墙承重小开间横墙承重小开间横墙承重大开间横墙承重大开间横墙承重2 2）大开间横墙承重）大开间横墙承重特点：特点：每两开间设置一道承重横墙，间距一般每两开间设置一道承重横墙，间距一般6 68m8m。楼盖多采用混凝土。楼盖多采用混凝土 梁式板或无粘结预应力混凝土平板。梁式板或无粘结预应力混凝土平板。优点：优点：使用空间大，平面布置灵活；自重较轻，基础费用相对较少。使用空间大，平面布置灵活；自重较轻，基础费用相对较少。缺点：缺点：楼盖跨度大，楼盖材料增多。楼盖跨度大，楼盖材料增多。3 3）大间距纵、横墙承重）大间距纵、横墙承重特点：特点：每两开间设置一道横墙，间距为每两开间设置一道横墙，间距为8m8m左右。楼盖采用混凝土双向板，左右。楼盖采用混凝土双向板，或在每两道横墙之间布置一根进深梁，形成纵、横墙混合承重。或在每两道横墙之间布置一根进深梁，形成纵、横墙混合承重。从使用功能、技术经济指标、受力性能等方面来看，大间距方案较优从使用功能、技术经济指标、受力性能等方面来看，大间距方案较优越。目前趋向于采用大间距、大进深、大模板、无粘结预应力混凝土楼板的越。目前趋向于采用大间距、大进深、大模板、无粘结预应力混凝土楼板的剪力墙结构体系。剪力墙结构体系。1 1）宜）宜沿主轴方向双向或多向布置沿主轴方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜，不同方向的剪力墙宜联结在一联结在一 起起，应尽量拉通、对直；抗震设计时，宜使，应尽量拉通、对直；抗震设计时，宜使两个方向侧向刚度接近两个方向侧向刚度接近；剪；剪力墙墙肢截面宜力墙墙肢截面宜简单、规则简单、规则。2 2）剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向刚度）剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向刚度 过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。3 3）剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。）剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。4 4）剪力墙长度较大时，可通过）剪力墙长度较大时，可通过开设洞口开设洞口将长墙分成若干均匀的独立将长墙分成若干均匀的独立墙段。墙段。墙段的长度墙段的长度不宜大于不宜大于8m8m。5 5）剪力墙的）剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置门窗洞口宜上下对齐，成列布置。宜避免使用错洞墙和叠合错宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。洞墙。6.1.2 6.1.2 剪力墙的布置原则剪力墙的布置原则6 6）当剪力墙与平面外方向的梁连结时，可加强剪力墙平面外的抗弯刚度和）当剪力墙与平面外方向的梁连结时，可加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力（可在墙内设置承载力（可在墙内设置扶壁柱扶壁柱、暗柱暗柱或与梁相连的或与梁相连的型钢型钢等措施）；或减小梁等措施）；或减小梁端弯矩的措施（如设计为铰接或半刚接）。端弯矩的措施（如设计为铰接或半刚接）。7 7）短肢剪力墙是指墙肢截面）短肢剪力墙是指墙肢截面长度与厚度之比为长度与厚度之比为58的剪力墙的剪力墙，高层结构不，高层结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙结构的最大适用高度应应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙结构的最大适用高度应适当降低。适当降低。6.2 6.2 剪力墙结构平面协同工作分析剪力墙结构平面协同工作分析1 1）在竖向荷载作用下，各片剪力墙承受的压力可近似按）在竖向荷载作用下，各片剪力墙承受的压力可近似按各肢剪力墙负荷面各肢剪力墙负荷面积分配积分配；2）在水平荷载作用下，各片剪力墙承受的水平荷载可按）在水平荷载作用下，各片剪力墙承受的水平荷载可按结构平面协同工作分析结构平面协同工作分析。即即研究研究水平荷载在各榀剪力墙之间分配问题水平荷载在各榀剪力墙之间分配问题的一种的一种简化分析方法简化分析方法。剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图6.2.1 6.2.1 剪力墙的分类剪力墙的分类1 1、根据洞口的有无、大小、形状和位置等，剪力墙主要可划分为以下几类：、根据洞口的有无、大小、形状和位置等，剪力墙主要可划分为以下几类：整截面墙整截面墙联肢墙联肢墙壁式框架壁式框架整体小开口墙整体小开口墙1 1）整截面墙：）整截面墙：几何判定：几何判定：（1 1）剪力墙剪力墙无洞口无洞口；（2 2）有洞口，墙面洞口面积）有洞口，墙面洞口面积不大于不大于墙面墙面总面积的总面积的16%16%，且，且洞口间的净距洞口间的净距及及洞口至墙洞口至墙边的距离边的距离均大于均大于洞口长边尺寸洞口长边尺寸。受力特点：受力特点：可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件。可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件。整截面墙整截面墙2 2）整体小开口墙）整体小开口墙：几何判定：几何判定：（1 1）洞口稍大一些，且洞口沿竖向成列布置，）洞口稍大一些，且洞口沿竖向成列布置，（2 2）洞口面积超过墙面总面积的）洞口面积超过墙面总面积的16%16%，但洞口对，但洞口对 剪力墙的受力影响仍较小。剪力墙的受力影响仍较小。受力特点：受力特点：在水平荷载下，由于洞口的存在，墙肢中已出现在水平荷载下，由于洞口的存在，墙肢中已出现局部弯曲局部弯曲，其截面应力可认为由，其截面应力可认为由墙体的整体弯曲和墙体的整体弯曲和局部弯曲二者叠加组成局部弯曲二者叠加组成，截面变形仍接近于整截面，截面变形仍接近于整截面墙。墙。整体小开口墙整体小开口墙3 3）联肢墙：）联肢墙：几何判定：几何判定：沿竖向开有一列或多列较大的洞口，可以简化沿竖向开有一列或多列较大的洞口，可以简化为若干个单肢剪力墙或为若干个单肢剪力墙或墙肢墙肢与一系列与一系列连梁连梁联结起来联结起来组成。组成。受力特点：受力特点：连梁对墙肢有一定的约束作用，连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢局部弯矩墙肢局部弯矩较大，较大，整个截面正应力已不再呈直线分布。整个截面正应力已不再呈直线分布。联肢剪力墙联肢剪力墙 4 4）壁式框架：）壁式框架：几何判定：几何判定：当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽，当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽，墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或大于墙肢的墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或大于墙肢的刚度。刚度。受力特点：受力特点：与框架结构相类似。与框架结构相类似。壁式框架壁式框架 6.2.2 6.2.2 剪力墙的等效刚度剪力墙的等效刚度相同水平荷载相同水平荷载相同侧向位移相同侧向位移剪力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度剪力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度采用竖向悬臂受弯构件的刚度作为剪力墙的等效刚度采用竖向悬臂受弯构件的刚度作为剪力墙的等效刚度它综合反映了剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。它综合反映了剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。eqEI2、剪力墙的等效刚度计算：、剪力墙的等效刚度计算：以顶点集中荷载为例，说明剪力墙的等效刚度求法。以顶点集中荷载为例，说明剪力墙的等效刚度求法。6.2.3 6.2.3 剪力墙结构平面协同工作分析剪力墙结构平面协同工作分析 1 1、基本假定、基本假定 1 1）楼盖在自身平面内的刚度无限大，平面外刚度很小，可以忽略；）楼盖在自身平面内的刚度无限大，平面外刚度很小，可以忽略；2 2）各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外的刚度；）各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外的刚度；3 3）水平荷载作用点与结构刚度中心重合，结构不发生扭转。）水平荷载作用点与结构刚度中心重合，结构不发生扭转。A A、由假定由假定1 1）、）、3 3）可知，楼板在其自身平面内不发生相对变形，只作）可知，楼板在其自身平面内不发生相对变形，只作刚体平动，刚体平动，水平荷载按各片剪力墙的侧向刚度进行分配水平荷载按各片剪力墙的侧向刚度进行分配。B B、由假定由假定2 2）可知，各片剪力墙只承受其自身平面内的水平荷载，）可知，各片剪力墙只承受其自身平面内的水平荷载，可将可将纵、横两个方向的剪力墙分开考虑；纵、横两个方向的剪力墙分开考虑；同时，可考虑纵、横向剪力墙的共同工同时，可考虑纵、横向剪力墙的共同工作，纵墙（横墙）的一部分可以作为横墙（纵墙）的有效翼墙。作，纵墙（横墙）的一部分可以作为横墙（纵墙）的有效翼墙。实际上，当房屋的体型比较规则，结构布置和质量分布基本对称时，为实际上，当房屋的体型比较规则，结构布置和质量分布基本对称时，为简化计算，通常不考虑扭转影响。简化计算，通常不考虑扭转影响。2 2、剪力墙结构平面协同工作分析、剪力墙结构平面协同工作分析 将剪力墙分为两大类：将剪力墙分为两大类：第一类包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙第一类包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙；第二类为壁式框架第二类为壁式框架。第一类第一类+第二类第二类第一类第一类1 1）第一类：包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙。）第一类：包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙。（1 1）将水平荷载划分均布荷载、倒三角形分布荷载或顶点集中荷载，或）将水平荷载划分均布荷载、倒三角形分布荷载或顶点集中荷载，或这三种荷载的某种组合；这三种荷载的某种组合；（2 2）计算沿水平荷载作用方向的）计算沿水平荷载作用方向的m m片剪力墙的总等效刚度；片剪力墙的总等效刚度；（3 3）根据剪力墙的等效刚度，计算每一片剪力墙所承受的水平荷载；）根据剪力墙的等效刚度，计算每一片剪力墙所承受的水平荷载；（4 4）再根据每一片剪力墙所承受的水平荷载形式，进行各片剪力墙中连梁）再根据每一片剪力墙所承受的水平荷载形式，进行各片剪力墙中连梁和墙肢的内力和位移计算。和墙肢的内力和位移计算。2 2）第一类和第二类：包括整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。）第一类和第二类：包括整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。注：剪力墙结构体系在水平荷载作用下的计算问题就转变为单片剪力墙的计算。注：剪力墙结构体系在水平荷载作用下的计算问题就转变为单片剪力墙的计算。（1 1）将第一类剪力墙合并为总剪力墙，将壁式框架合并为总框架，按照）将第一类剪力墙合并为总剪力墙，将壁式框架合并为总框架，按照框框架架剪力墙铰接体系分析方法，计算总剪力墙的内力和位移。剪力墙铰接体系分析方法，计算总剪力墙的内力和位移。6.3 整截面墙的内力和位移计算整截面墙的内力和位移计算问题：问题：整截面墙与竖向悬臂梁的主要区别整截面墙与竖向悬臂梁的主要区别？整截面墙应考虑剪切变形整截面墙应考虑剪切变形+弯曲变形弯曲变形+轴向变形；轴向变形；悬臂梁仅考虑弯曲变形。悬臂梁仅考虑弯曲变形。6.3.1 6.3.1 墙体截面内力墙体截面内力 在水平荷载作用下，整截面墙可视为上端自由、下端固定的竖向悬在水平荷载作用下，整截面墙可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂梁，其任意截面的弯矩和剪力可按照材料力学方法进行计算。臂梁，其任意截面的弯矩和剪力可按照材料力学