框支剪力墙结构分析课件.ppt
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- 剪力 结构 分析 课件
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1、第三章第三章 底层大空间底层大空间(部分框支)剪力墙结构分析(部分框支)剪力墙结构分析3.1 相关概念相关概念3.3 框支剪力墙在水平荷载作用下的工作框支剪力墙在水平荷载作用下的工作特点和分析计算特点和分析计算3.4 底层大空间剪力墙结构体系的布置与底层大空间剪力墙结构体系的布置与协同工作计算方法协同工作计算方法3.2 框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的工作特性与计算工作特性与计算1 剪力墙结构底部(层)若需要大空间,剪力墙结构底部(层)若需要大空间,常布置成部分墙肢落地、部分墙肢框支的协常布置成部分墙肢落地、部分墙肢框支的协同工作整体结构体系。同工作整体结构体系
2、。部分框支剪力墙结构的侧向刚度在墙与框架部分框支剪力墙结构的侧向刚度在墙与框架交接处发生突变。交接处发生突变。框支墙:框支墙:提供大空间;提供大空间; 落地墙:落地墙:加强结构的抗震能力,提供足够的抗侧刚度加强结构的抗震能力,提供足够的抗侧刚度 3.1 相关概念相关概念2框支墙框支墙底层(部)底层(部)抗侧刚度抗侧刚度框支墙的底层框架框支墙的底层框架承担承担剪力剪力落地墙落地墙承担的承担的剪力剪力结构特点结构特点3底层墙体与框支层楼盖对底层墙体与框支层楼盖对水平力水平力的传递的传递非常重要,非常重要,予以加强予以加强。实际工程中可用框实际工程中可用框-剪结构的剪结构的裙房裙房提供的抗侧刚度来提
3、供的抗侧刚度来弥补弥补底部大空间底部大空间剪力墙剪力墙结构底部抗侧刚度的不足。结构底部抗侧刚度的不足。水平力在底层的分配关系与上部各层不同,水平力在底层的分配关系与上部各层不同,不同点在于:不同点在于:楼盖实现内力的传递与调整;楼盖实现内力的传递与调整; 落地墙作为框支墙的弹性支承;落地墙作为框支墙的弹性支承; 4底层大空间剪力墙结构的分析计算底层大空间剪力墙结构的分析计算1)框支剪力墙在竖向荷载用下的分析计算框支剪力墙在竖向荷载用下的分析计算 2)框支剪力墙在水平荷载作用下的分析计算框支剪力墙在水平荷载作用下的分析计算 3)底层大空间剪力墙结构体系布置及其协同底层大空间剪力墙结构体系布置及其
4、协同工作分析计算工作分析计算 4)大底盘大空间剪力墙结构体系布置及其协大底盘大空间剪力墙结构体系布置及其协同工作分析计算同工作分析计算 53.2框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的 工作特性与计算工作特性与计算一维一维杆件的框架杆件的框架梁、柱梁、柱 二维二维的的墙板墙板 1特点:特点:两种不同性能的构件的组合两种不同性能的构件的组合6剪力墙板的应力分布剪力墙板的应力分布 (特别是靠近底部框架处)(特别是靠近底部框架处)2需要解决的问题需要解决的问题托梁的力的量值与分布规律托梁的力的量值与分布规律 托梁的内力托梁的内力(M、N、V) 框支柱的内力框支柱的内力 落地墙
5、与框支墙的协同工作落地墙与框支墙的协同工作 71)综合运用弹性力学平面问题和杆系结构力学综合运用弹性力学平面问题和杆系结构力学的理论,有限元法可以分析任意形状在任意荷载的理论,有限元法可以分析任意形状在任意荷载作用下的框支墙作用下的框支墙 3问题的解决方法问题的解决方法2)解析解法解析解法 按弹性力学平面问题的原理分析二维墙板的应力按弹性力学平面问题的原理分析二维墙板的应力 ;用应力函数通过级数进行近似求解,用用应力函数通过级数进行近似求解,用墙板和梁墙板和梁的的变变形协调形协调边界条件确定代定系数。边界条件确定代定系数。 83.3 单跨框支剪力墙近似计算方法单跨框支剪力墙近似计算方法 3.3
6、.1墙板中竖向应力墙板中竖向应力 的分布特点的分布特点y在距梁顶界面在距梁顶界面 时,时, 在距梁顶界面在距梁顶界面 ( 净跨),净跨), 基本均匀分布;基本均匀分布; 0yLy0yLy 水平方向:水平方向:跨中最小,支座最大,跨中最小,支座最大,中部曲线下降(马鞍形)中部曲线下降(马鞍形)拱作用;拱作用;竖直方向:竖直方向:墙梁交界处应力集中,墙梁交界处应力集中,上部变化平缓,下部变化明显;上部变化平缓,下部变化明显; 93.3.2 有关参数有关参数若若t为墙板厚度,为墙板厚度,墙板中任意一点处的竖向应力墙板中任意一点处的竖向应力集中系数集中系数C可定义为可定义为实际竖向应力实际竖向应力 与
7、与平均竖向平均竖向应力应力q/t的的比值比值,即:,即:y/yytCq tq托梁刚度托梁刚度越小越小,C;框支柱框支柱b(bL)越小越小,C;10 绘制出柱顶处的绘制出柱顶处的墙板应力集中系数墙板应力集中系数C与与C1在在bL处处于于不同水平不同水平时的关系时的关系曲线如右图所示:曲线如右图所示:墙梁刚度比墙梁刚度比C1定义为:定义为:33012wwb bb bLbtEL tECE IE I托梁截面惯性矩11 绘制出梁墙交接面处绘制出梁墙交接面处C(x)与与xL在在bL处处于不同水平时的关系曲线如下图所示:于不同水平时的关系曲线如下图所示:123.3.3 托梁轴拉力计算托梁轴拉力计算 按近似计
8、算方法和上图所示按近似计算方法和上图所示的受力分布,的受力分布, 半边墙体半边墙体的受力的受力体系的平衡条件可表示为:体系的平衡条件可表示为:A 当向下的荷载,当向下的荷载, 即,即,有有/2q L122LCq bCqb 1/2LbLC10,:/2 /CffLb LC长度13B当当 时有时有 1/2LbLC212 /1 2 /Cb LCb L1/2fLb L研究表明:当墙高宽度研究表明:当墙高宽度 1.5时,取拱高时,取拱高a=L/2偏安全偏安全且具有合理的精度。且具有合理的精度。对对O取矩,由平衡条件取矩,由平衡条件Mo=0有:有:./202 4223L LbqLfqCqbCqbbTL偏安全
9、地略去偏安全地略去f/3项,从而有项,从而有11/4TqLbCb LL143.3.4托梁的弯矩与剪力托梁的弯矩与剪力222/521/21121 2 /83bsbqLfLbMC fLCThb LL 支座弯矩支座弯矩跨中弯矩跨中弯矩梁端剪力梁端剪力322/3211121 2 /86bcbC fLqLbMCThb LL212bqLCbVL=4T/(L-2b)15当墙板开小洞时当墙板开小洞时可以可以 代替上述公式代替上述公式中的中的C进行分析,进行分析,S为开孔宽度;为开孔宽度;01SCCL墙板开较大且规则的洞口时墙板开较大且规则的洞口时可按壁式框架计算可按壁式框架计算当墙板无洞(或小洞)时当墙板无洞
10、(或小洞)时按上述方法进行分析按上述方法进行分析墙板开较大且规则的洞口时墙板开较大且规则的洞口时可按广义连续方法可按广义连续方法分析(后述);分析(后述); 无论有无洞口、规则与否无论有无洞口、规则与否均可按有限元方法均可按有限元方法分析。分析。16单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(1)框架梁高比框架梁高比hb/L0.10框架柱宽比框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力柱顶处墙板最大竖向应力y-4.7-4.1-3.6框架梁最大拉力框架梁最大拉力T0.180.160.15框架梁跨中弯矩框架梁跨中弯矩Mbc0.0060.005
11、0.004框架梁支座弯矩框架梁支座弯矩Mbs-0.001 -0.001 -0.001框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003 -0.005 -0.007框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力框支柱轴力0.50.50.517单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(2)框架梁高比框架梁高比hb/L0.13框架柱宽比框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力柱顶处墙板最大竖向应力y-4.1-3.7-3.3框架梁最大拉力框架梁最大拉力T0.200.180.16框架梁跨中弯矩框架梁跨中弯矩Mbc0.0
12、110.0090.006框架梁支座弯矩框架梁支座弯矩Mbs-0.002 -0.002 -0.002框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003 -0.005 -0.007框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力框支柱轴力0.50.50.518单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数(3)框架梁高比框架梁高比hb/L0.16框架柱宽比框架柱宽比b/L0.060.080.10柱顶处墙板最大竖向应力柱顶处墙板最大竖向应力y-3.6-3.1-2.9框架梁最大拉力框架梁最大拉力T0.210.190.17框架梁跨中弯矩框架梁跨中弯
13、矩Mbc0.0150.0130.011框架梁支座弯矩框架梁支座弯矩Mbs-0.003 -0.003 -0.003框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcu-0.003 -0.005 -0.007框支柱柱顶弯矩框支柱柱顶弯矩Mcd0.0020.0030.004框支柱轴力框支柱轴力0.50.50.519单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数单跨框支剪力墙在竖向荷载作用下的内力系数系数用法:应力系数用法:应力=表中系数表中系数q/t 轴力轴力T、N=表中系数表中系数qL 弯矩弯矩M=表中系数表中系数qL2适用条件:支承框架厚度等于墙厚二倍适用条件:支承框架厚度等于墙厚二倍 203.3.5双跨框支墙在竖向荷
14、载下的应力分双跨框支墙在竖向荷载下的应力分布特点布特点1 墙板中竖向应力的分布墙板中竖向应力的分布21 L0以上的墙板竖向应力基本上是均布的;以上的墙板竖向应力基本上是均布的; 边柱顶的压应力往往大于中柱顶的压力;边柱顶的压应力往往大于中柱顶的压力; 常用尺寸下常用尺寸下(hb/L=0.10.16,b/L=0.060.1),边柱顶处墙板的最大压应力边柱顶处墙板的最大压应力y1约在约在3.85.9q/t范围内变动;范围内变动;中柱顶处墙板的最中柱顶处墙板的最大压应力大压应力y2约在约在2.23.4q/t范围内变动;比范围内变动;比值值y1 / y2约在约在1.42.1范围内变动。范围内变动。22
15、2 墙板中水平应力的分布墙板中水平应力的分布 L0以上的墙板水平应以上的墙板水平应力基本上为零;力基本上为零; 拉应力区近似三角形,拉应力区近似三角形,中柱与墙板的交点达中柱与墙板的交点达到最大值,约为到最大值,约为0.71.0 q/t范围内变动;范围内变动; 拉应力区三角形高度拉应力区三角形高度约为约为0.4L;三角形半;三角形半底长在底长在0.50.7L范围范围内。内。23 剪应力只分布在剪应力只分布在L0以以内的墙板中;内的墙板中; 墙梁的交界面处,墙墙梁的交界面处,墙板的剪应力值最大,板的剪应力值最大,约为约为1.11.5 q/t; 梁的下边缘与柱交界梁的下边缘与柱交界面处,剪应力可达
16、面处,剪应力可达1.52.0 q/t 。3 墙板中剪应力的分布墙板中剪应力的分布24 轴拉力最大值为轴拉力最大值为(0.150.2)qL,位,位于距外侧于距外侧(0.350.45)L处;处; 在柱支承截面上,轴在柱支承截面上,轴拉力接近于零;拉力接近于零; 框支梁最大正弯矩截框支梁最大正弯矩截面位于距外侧面位于距外侧(0.150.25)L 处;最处;最大负弯矩位于中间支大负弯矩位于中间支座截面上。座截面上。4 框支梁上的弯矩和轴拉力分布框支梁上的弯矩和轴拉力分布253.4 框支剪力墙在水平荷载作用下的框支剪力墙在水平荷载作用下的工作特点和分析计算工作特点和分析计算 26在水平荷载作用下在水平荷
17、载作用下框支剪力墙的框支剪力墙的主要工作特点主要工作特点在距墙梁分界线在距墙梁分界线 L0以上的墙体,以上的墙体,其竖向应力的分布其竖向应力的分布基本上不受底层框架的影响,基本上不受底层框架的影响, 可按竖向悬臂构件计算可按竖向悬臂构件计算(材料力学方法),(材料力学方法), 沿水平向线形分布;沿水平向线形分布;y在高度在高度L0以内的墙体以内的墙体 逐渐向框架柱上方集中,逐渐向框架柱上方集中,并与托梁共同形成截面高度为并与托梁共同形成截面高度为(L0+hb)的的“凸凸”字形框字形框架梁,与底层柱共同工作;架梁,与底层柱共同工作;y27任意第任意第i根柱根柱的的剪力与弯矩剪力与弯矩:0iiiI
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