剪力墙结构设计327.ppt

1,剪力墙结构设计,第五章,2,一、剪力墙结构概念设计,受力变形特点,水平荷载作用下：,底部截面,控制截面：,弯曲型变形,变形,构件截面长边 大于4倍短边,剪切型变形,分类：,H/bW 2 高墙,1H/bW 2 中高墙,H/bW 1 矮墙,3,破坏形态：,弯曲破坏,剪切破坏,滑移破坏,结构布置,最大适用高度、高宽比限值(P89表5154),结构平、立面布置原则,材料强度及尺寸要求,4,二、内力、位移简化计算,基本假定,平面抗侧力假定,弹性变形假定,刚性楼板假定,竖向荷载作用下,每片墙按受荷面积 计算竖向荷载,连梁 弯矩 墙肢 轴力,5,水平荷载作用下,计算截面,y,x,bi,bi,b,S01,S02,S03,h,h,b01,b02,6,有效翼缘宽度bi：,T、I型截面：,L、型截面：,剪力分配,墙的等效抗弯刚度,j层总剪力,7,剪力墙分类及受力特点,整体墙,15%,洞口系数洞口面积/墙面净面积100%,整体悬臂墙,弯曲型变形,8,小开口整体墙,15%30%,小开口整体墙计算法,基本呈弯曲型变形,联肢墙,30%50%,连续化计算法,向剪切型变形过渡,9,壁式框架,50%,带刚域框架计算法,接近剪切型变形,整体墙计算法,整体墙判别：,15%,孔洞间、孔洞至墙边净距大于洞口长边,10,等效截面积：,墙截面毛面积,0：洞口削弱系数,Ad：洞口立面总面积,A0：立面总墙面积,等效惯性矩Jq：,hn,hi,11,顶点位移：,倒三角分布荷载,均布荷载,顶部集中荷载,V0：底部截面剪力,：剪力不均匀系数,矩形：1.2,I形：全面积/腹板面积,T形：f(H/t、B/t),G：剪切模量G0.4E,12,13,联肢墙计算法,连续化方法,剪力墙：墙肢 连梁,连梁：连杆,沿墙高 离散,连续连杆,微分方程（曲线、图表）,14,双肢墙算法,基本假定：,墙肢刚度远大于连梁刚度,两墙肢同高各截面转角、曲率相等,各墙肢、连梁截面及层高等沿全高相同,忽略连梁轴向变形,忽略墙肢剪切变形,15,基本思路：,A1J1,A2J2,hb,h,H,2a0,2c,2a0,2c,连梁设为均布的连续连杆,16,建立基本体系（力法）,(x),建立变形协调方程,求解(x),求解连梁剪力,求解墙肢、连梁内力,17,基本方程：,求切开处沿(x)方向变形,1(x):由墙肢弯曲变形产生的相对位移,1m2mm,1(x),1(x)2c m（x）,m:顺时针为正1(x)与(x)反向,c1c2c,18,2(x):由墙肢轴向变形产生的相对位移,N,N,2(x),由隔离体平衡:,19,3(x):由连梁弯曲、剪切变形产生的相对位移,3(x),微段dx上:连梁截面积Ab dx/h 连梁惯性矩 Jb x/h,由悬臂梁变形公式:,20,a:连梁计算跨度 aa0i hbi/4:剪力不均匀系数G:剪切模量,J0b:连梁折算惯性矩,21,1(x)2(x)3(x)0,对 x两次求导,连梁刚度系数D：,连梁、墙肢刚度比21：,整体系数2：,22,倒三角分布荷载,均布荷载,顶部集中荷载,m(x)：连梁对墙肢的约束弯矩,双肢墙基本方程,设x/H,23,倒三角分布荷载,均布荷载,顶部集中荷载,0 墙顶弯矩为0,1 墙底弯曲转角为0,(x),24,双肢墙内力计算：,连杆约束弯矩（连梁中心坐标处）,连梁约束弯矩,连梁剪力,连梁端部弯矩,25,(),V1j,a0,M1j,26,墙肢轴力,墙肢弯矩,水平荷载在j层截面处的倾覆力矩,27,墙肢剪力,VPj:水平荷载在j层截面处总剪力,J0i:考虑剪切变形影响后的墙肢折算惯性矩,28,双肢墙位移及等效抗弯刚度：,不同荷载形式下M()、MP()、VP(),y,29,边界条件,倒三角分布荷载,均布荷载,顶部集中荷载,：考虑墙肢剪切变形影响 的系数,：的函数 f(),T：墙肢轴向变形影响的系数,30,31,双肢墙内力、侧移分布特点：,水平位移y,层数,连梁剪力Vb,层数,增大，侧移减小,增大，Vb 增大且Vbmax下移,32,墙肢轴力N,层数,墙肢弯矩M,层数,增大，N增大,增大，M减小,33,几何参数、的物理意义：,整体系数：,1：未考虑墙肢轴向变形：考虑墙肢轴向变形,T：墙肢轴向变形影响的系数,34,J：组合截面总惯性矩,y1,组合截面形心轴,y2,35,双肢墙截面应力,整体弯曲应力+,局部弯曲应力,墙肢截面弯矩、轴力：,36,k：整体弯曲应力在总应力中比例,均布荷载：,k,1.0,=1.0,0.75,0.5,0.25,较小，以局部弯曲应力为主,较大，以整体弯曲应力为主,：,墙肢剪切变形影响系数,H/B4 时，可忽略,37,多肢墙算法,与双肢墙比较：,第i 个切口处协调方程，还应考虑第(i1)跨连梁内力对第i 墙肢以及第(i1)跨连梁对第(i1)墙肢的影响,设各排连梁切口未知力和 mi()=m()为未知量,计算过程中区别：,墙肢刚度,墙肢面积,38,A1J1,Ai1Ji1,AiJi,Ai1Ji1,Ak1Jk1,1,i1,i,i1,k,ri,B,2a0i,2ci,AiJi,Ai1Ji1,i(x),i(x),39,连梁刚度,连梁与墙肢刚度比1：,整体系数：,轴向变形影响系数 T：,40,m()分配系数i：,连梁约束弯矩分布系数i：,各跨连梁约束弯矩m(i)：,ri：第i 跨连梁中点距墙边距离B：墙总宽,41,同层各连梁剪力大小分布：,1,0,0 连梁剪力均布,1.5,连梁剪力呈抛物线分布,0,42,联肢墙计算步骤：,1.各墙肢Ai、Ji；各连梁Abi、Jbi,2.连梁折算惯性矩J0bi:,3.连梁刚度Di:,4.梁墙刚度比21：,43,5.墙肢轴向变形影响系数 T：,双肢墙：,多肢墙：,6.整体系数：,7.剪切影响 系数：,H/B4:=0,44,8.墙肢等效刚度：,9.连梁约束弯矩函数()：,连梁中线位置坐标1、2 或楼板板面标高处坐标1、2,10.连梁约束弯矩函数m(),11.连梁约束弯矩分配系数i：,双肢墙：i 1,多肢墙：,45,12.连梁（第j层）总约束弯矩mj：,13.j层第i个连梁剪力Vbij：,14.j层第i个连梁端部弯矩Mbij：,15.墙肢 轴力,j层第1 肢墙：,j层第i 肢墙：,j层第k1 肢墙：,46,16.j层i肢墙弯矩Mij：,17.j层i肢墙剪力Vij：,J0i:墙肢折算惯性矩,18.顶点位移：,倒三角分布荷载,均布荷载,顶部集中荷载,47,小开口整体墙计算法,判断条件,10JA/JZ 或 JA/JZi,多肢墙,双肢墙,48,多肢墙,双肢墙,系数 Z、Zi：,墙肢、连梁较均匀：查表（P 99 表57）,各墙肢相差较大：查表求S（P 99 表58）,49,小开口墙内力分布特点,墙肢中大部分层 无反弯点,截面上正应力分布 接近直线,50,小开口墙内力、位移计算,k：整体弯曲应力在总应力中比例,墙肢截面内力：,51,连梁内力：,剪力Vbi：上下层墙肢轴力差,端部弯矩Mbi：,顶点位移：,52,墙肢内力修正：,h1,53,壁式框架计算法,判断条件,50%,连梁刚度接近墙肢刚度,特点,大部分层墙肢有反弯点,宽梁、宽柱,连梁、墙相交部分视作刚域,54,计算简图,hwh,连梁、墙简化为杆端带 刚域的变截面杆件计算,55,刚域长度,hw,h,hl,hl2,hl1,hZ,hZ1,hZ2,hZ/4,hZ/4,hl/4,hl/4,梁：hZ1 hl/4 或 hZ2 hl/4,柱：hl1 hZ/4 或 hl2 hZ/4,56,计算法,D值法,修正杆件刚度,反弯点高度,不考虑轴向变形,壁式框架柱D值计算,杆件特点,杆端带刚域,截面高度大,剪切变形不忽略,杆件转角刚度系数,剪切影响系数,57,l,al,l,bl,m12,m21,1,1,2,2,直杆12转角：,m12,m21,v21,v12,58,m12,v12,m12,v12,1,1,m21,v21,m21,v21,2,2,59,线刚度i用k代替,梁：,柱：,k：杆件修正刚度,D值：,60,带刚域框架柱反弯点高度系数,h,h,ah,bh,yh,h,ynh,Mb,Ma,sMa,sMb,y0:标准反弯点高度比（梁柱刚度比K）y1:上下层梁刚度变化的修正值y2、y3:上、下层层高变化的修正值 2h上/h 3h下/h,61,三、构件截面设计,剪力墙正截面承载力计算,偏压,墙肢截面中分布钢筋均参与受力,受压区不考虑分布筋作用,1:砼强度影响系数（C50 取0.8;C80 取0.74）cu：砼极限压应变,62,b 大偏压：,N,fyAs,f yAs,1fc,hw,hf,hf,bf,bf,fsiAsi,hw01.5x,xhf 时：,bw,63,1:压应力与fc比值（C50 取1.0;C80 取0.94）x2as,xhf 时：,64,b 小偏压：,N,sAs,f yAs,1fc,xhf 时：,65,xhf 时：,考虑抗震时：RE 0.85,66,偏拉,大偏拉：截面大部分受拉,小偏拉：全截面受拉,无地震作用：,考虑地震作用：,67,无地震：,有地震：,2.5:,2.5:,c:砼强度影响系数（C50 取1.0;C80 取0.8）,剪力墙斜截面承载力计算,受剪截面限制条件（剪压比）,68,一、二、三级抗震:,9度抗震:,四级抗震:不需调整,剪力墙底部加强部位墙肢截面剪力设计值V,Vw：剪力增大系数（一级：1.6 二级：1.4 三级：1.2）,Mwua:剪力墙正截面受弯承载力对应的弯矩值,采用材料强度标准值,实配钢筋截面积,考虑承载力抗震调整系数,69,Vw:剪力墙肢截面剪力计算值（考虑地震作用）,max 墙肢总高度的1/8、底部两层高度,墙肢总高度的1/10(H150m),底部加强部位:,max1/8墙肢总高度、框支层及其以上两层高度,偏压时抗剪计算,无地震：,有地震：,1.5 2.2 N0.2 fc bw hw,70,偏拉时抗剪计算,无地震：,有地震：,若公式右边,取,71,正截面承载力计算,M,fyAs,f yAs,1fc,1:系数（C50 取1.0;C80 取0.94）,连梁计算,72,斜截面承载力计算,连梁跨度小、高度大形成深梁,房屋1/3高度处连梁破坏更明显,反复荷载作用下形成X型剪切裂缝(剪切型脆性破坏),73,无地震：,有地震：,跨高比 2.5:,跨高比2.5:,c:砼强度影响系数（C50 取1.0;C80 取0.8）,连梁截面限制条件：,74,连梁端剪力设计值Vb,9度抗震:,一级抗震:,二级抗震:,三级抗震:,四级抗震:,按地震作用组合的剪力设计值,75,VGb:重力荷载代表值（考虑地震作用组合）产生的剪力设计值 ln:净跨Mlbua、Mrbua:连梁左、右端与正截面抗弯承载 力对应的弯矩值,采用材料强度标准值,实配钢筋截面积,考虑承载力抗震调整系数,按顺时针、逆时针取大值,Mlb、Mrb:连梁左、右端弯矩设计值（考虑地震作用组合）,按顺时针、逆时针取大值,一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为0,76,连梁斜截面承载力计算公式,无地震作用:,有地震作用:,跨高比 2.5:,跨高比2.5:,77,第五章作业：P121 2、4、9、10,