第四章剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 河北科技大學(xué)建工學(xué)院 主要內(nèi)容 主要內(nèi)容 4 1剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算假定4 2剪力墻的受力特點(diǎn) 分類(lèi)和計(jì)算方法4 3剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算4 4剪力墻截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求4 5連續(xù)截面設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求4 6剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求 剪力墻結(jié)構(gòu) 是由一定數(shù)量的鋼筋混凝土豎向縱 橫墻體和樓層 板 組合在一起的空間受力體系 為了滿足使用要求 剪力墻常開(kāi)有門(mén)窗洞口 根據(jù)洞口的有無(wú) 大小 形狀和位置等 剪力墻主要可劃分為以下幾類(lèi) 整體墻 幾何判定 1 剪力墻無(wú)洞口 2 有洞口 墻面洞口面積不大于墻面總面積的16 且洞口間的凈距及洞口至墻邊的距離均大于洞口長(zhǎng)邊尺寸 受力特點(diǎn) 可視為上端自由 下端固定的豎向懸臂構(gòu)件 整體小開(kāi)口墻 幾何判定 1 洞口稍大一些 且洞口沿豎向成列布置 2 洞口面積超過(guò)墻面總面積的16 但洞口對(duì)剪力墻的受力影響仍較小 受力特點(diǎn) 在水平荷載下 由于洞口的存在 墻肢中已出現(xiàn)局部彎曲 其截面應(yīng)力可認(rèn)為由墻體的整體彎曲和局部彎曲二者疊加組成 截面變形仍接近于整體墻 聯(lián)肢墻 幾何判定 沿豎向開(kāi)有一列或多列較大的洞口 可以簡(jiǎn)化為若干個(gè)單肢剪力墻或墻肢與一系列連梁聯(lián)結(jié)起來(lái)組成 受力特點(diǎn) 連梁對(duì)墻肢有一定的約束作用 墻肢局部彎矩較大 整個(gè)截面正應(yīng)力已不再呈直線分布 壁式框架 大開(kāi)口剪力墻 幾何判定 當(dāng)剪力墻成列布置的洞口很大 且洞口較寬 墻肢寬度相對(duì)較小 連梁的剛度接近或大于墻肢的剛度 受力特點(diǎn) 與框架結(jié)構(gòu)相類(lèi)似 剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算假定 剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算 整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算 雙肢墻和多肢墻的連續(xù)化計(jì)算方法 壁式框架在水平荷載作用下的近似計(jì)算 整體墻和整體小開(kāi)口墻的計(jì)算 雙肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算雙肢墻由連梁將兩墻肢聯(lián)結(jié)在一起 且墻肢的剛度一般比連梁的剛度大較多 相當(dāng)于柱梁剛度比很大的一種框架 屬于高次超靜定結(jié)構(gòu) 可采用連梁連續(xù)化的分析法 基本假定1 每一樓層處的連梁簡(jiǎn)化為沿該樓層均勻連續(xù)分布的連桿 2 忽略連梁軸向變形 兩墻肢同一標(biāo)高水平位移相等 3 轉(zhuǎn)角和曲率亦相同 每層連梁的反彎點(diǎn)在梁的跨度中央 4 沿豎向墻肢和連梁的剛度及層高均不變 當(dāng)有變化時(shí) 可取幾何平均值 微分方程的建立1 第一步 根據(jù)基本體系在連梁切口處的變形連續(xù)條件 建立微分方程 將連續(xù)化后的連梁沿反彎點(diǎn)處切開(kāi) 可得力法求解時(shí)的基本體系 切開(kāi)后的截面上有剪力集度 z 和軸力集度 z 取 z 為多余未知力 根據(jù)變形連續(xù)條件 切口處沿未知力 z 方向上的相對(duì)位移應(yīng)為零 建立微分方程 1 由于墻肢彎曲變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移 當(dāng)墻肢發(fā)生剪切變形時(shí) 只在墻肢的上 下截面產(chǎn)生相對(duì)水平錯(cuò)動(dòng) 此錯(cuò)動(dòng)不會(huì)使連梁切口處產(chǎn)生相對(duì)豎向位移 即由墻肢剪切變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移為零 2 墻肢軸向變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移 基本體系在切口處剪力作用下 自?xún)蓧χ字羫截面處的軸向變形差為切口所產(chǎn)生的相對(duì)位移 計(jì)算截面 z截面處的軸力在數(shù)量上等于 H z高度范圍 內(nèi)切口處的剪力之和 3 連梁彎曲和剪切變形所產(chǎn)生的相對(duì)位移 由于連梁切口處剪力 z 作用 使連梁產(chǎn)生彎曲和剪切變形 在切口處所產(chǎn)生的相對(duì)位移為 連梁切口處的變形連續(xù)條件 2 第二步 引入補(bǔ)充條件 求 3 第三步 微分方程的簡(jiǎn)化 雙肢墻的基本微分方程 4 第四步 引入約束彎矩表述的微分方程 微分方程的求解 1 二階常系數(shù)非齊次線性微分方程求解 注 推導(dǎo)一個(gè)例子 2 根據(jù)邊界條件 彎矩和曲率的關(guān)系計(jì)算 注 是否可以采用切口水平相對(duì)位移為零 進(jìn)行求解 內(nèi)力計(jì)算 如將線約束彎矩m1 m2 分別施加在兩墻肢上 則剛結(jié)連桿可變換成鉸結(jié)連桿 此處忽略了 對(duì)墻肢軸力的影響 鉸結(jié)連桿只能保證兩墻肢位移相等并傳遞軸力 即兩墻肢獨(dú)立工作 可按獨(dú)立懸臂梁分析 其整體工作通過(guò)約束彎矩考慮 1 連梁內(nèi)力 2 墻肢內(nèi)力 位移和等效剛度 1 位移 考慮墻肢彎曲變形和剪切變形的影響 2 等效剛度 雙肢墻內(nèi)力和位移分布特點(diǎn) 雙肢墻內(nèi)力和位移分布具有下述特點(diǎn) 多肢墻的內(nèi)力和位移計(jì)算 多肢墻分析方法的基本假定和基本體系的取法均與雙肢墻類(lèi)似 其微分方程表達(dá)式與雙肢墻相同 其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣 只是式中有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算 微分方程的建立和求解 計(jì)算步驟 1 m排連梁 m 1肢墻 2 未知量 各列連梁的中點(diǎn)切口處的剪力 或約束彎矩 3 協(xié)調(diào)方程 各組連梁的中點(diǎn)切口處的相對(duì)位移為零 4 建立m組協(xié)調(diào)方程 相疊加后可建立與雙肢墻完全相同的微分方程 其解與雙肢墻的表達(dá)式完全一樣 只是式中有關(guān)參數(shù)應(yīng)按多肢墻計(jì)算 5 連梁約束彎矩的分配 連梁剛度大 分配的約束彎矩大 反之 減小 6 考慮水平位置的影響 靠近墻中部的連梁剪應(yīng)較大 注 多肢墻的計(jì)算參數(shù) 注 多肢墻的約束彎矩分配系數(shù) 約束彎矩分配系數(shù) 1 約束彎矩分配系數(shù) 2 影響因素 2 多肢墻的整體工作系數(shù) 1 各列連梁的剛度系數(shù) 3 連梁的位置 3 分配系數(shù)的計(jì)算 內(nèi)力計(jì)算 位移和等效剛度 壁式框架的內(nèi)力和位移計(jì)算由于墻肢和連梁的截面高度較大 節(jié)點(diǎn)區(qū)也較大 故計(jì)算時(shí)應(yīng)將節(jié)點(diǎn)視為墻肢和連梁的剛域 按帶剛域的框架 即壁式框架 進(jìn)行分析 計(jì)算簡(jiǎn)圖 帶剛域桿件的等效剛度壁式框架與一般框架的區(qū)別 1 梁柱桿端均有剛域 從而使桿件的剛度增大 2 梁柱截面高度較大 需考慮桿件剪切變形的影響 1 無(wú)剛域桿件且不考慮剪切變形的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 1時(shí) 所需的桿端彎矩 2 無(wú)剛域桿件但考慮剪切變形的剛度轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 1時(shí) 所需的桿端彎矩 3 帶剛域桿件且考慮剪切變形的剛度轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 帶剛域桿件 當(dāng)兩端均產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角 1時(shí)所需的桿端彎矩 由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知 當(dāng)AB桿件兩端發(fā)生轉(zhuǎn)角1 時(shí) 考慮桿件剪切變形后的桿端彎矩為 桿端的約束彎矩 4 帶剛域桿件的等效剛度為簡(jiǎn)化計(jì)算 可將帶剛域桿件用一個(gè)具有相同長(zhǎng)度L的等截面受彎構(gòu)件來(lái)代替 如圖6 7 2 d 所示 使兩者具有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 即 內(nèi)力和位移計(jì)算將帶剛域桿件轉(zhuǎn)換為具有等效剛度的等截面桿件后 可采用D值法進(jìn)行壁式框架的內(nèi)力和位移計(jì)算 1