框架剪力墙的结构设计

第八章 框架-剪力墙结构设计 8.1 结构布置 1、基本要求 （1）双向抗侧力体系 框架与剪力墙协同工作抵抗水平荷载，其中剪力墙抵抗大部分水平荷载，是这种结构的 主要抗侧力构件，应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。 （2）节点刚性连接与构件对中布置 保证结构的整体刚度和几何不变性；保证节点核心区的完整性。 2、剪力墙的布置 （1）剪力墙的数量 一般以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据； （2）剪力墙的布置 A、均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化或恒载较大的部位， 剪力墙的间距不宜过大； B、纵横向剪力墙宜组成 L 形、T 型等形式，提高其刚度、承载力和抗扭能力； C、剪力墙布置不宜过分集中； D、剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。 E、长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中，其剪力墙的布置应符合下列要求：1）横 向剪力墙满足下表要求；2）纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端； 表 8.1.1 剪力墙的间距限值(m) 3、板柱-剪力墙的布置 （1）高层板柱-剪力墙应布置成双向抗侧力体系，两主轴方向均应设置剪力墙； （2）抗震设计时，房屋的周边应设置框架梁，房屋的顶层及地下室一层顶板宜采用梁 板结构。当楼板有较大开洞上时，洞口周边宜设置框架梁或边梁； （3）剪力墙的布置与框架-剪力中的布置要求一致。 4、梁柱截面尺寸及剪力墙的初步拟定 1)、梁柱截面尺寸 梁：工程经验定；柱：轴压比要求； 2)、剪力墙数量 按层间弹性位移角限值的要求定剪力墙数量。初步设计时，考虑下表 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 表 8.1.2 底层剪力墙（柱）截面面积与楼面面积的比值 8.2、基本假定与计算简图 1、框架与剪力墙的协同工作 框架-剪力墙结构是有框架和剪力墙组成的结构体系。在水平荷载作用下，框架和剪力 墙是变形特点不同的两种结构，当用平面内港督很大的楼盖将二者连接在一起组成框架-剪 力墙结构时，框架墙在楼盖处的变形必须协调一致，即二者之间存在协同工作问题 图 8.2.1 框架与剪力墙的侧移曲线 图 8.2.2 三种侧移曲线 2、基本假定与计算简图 （1）楼板在自身平面内的刚度为无限大。 （2）房屋的刚度中心与作用在结构上的水平荷载（风荷载或水平地震作用）的合力作用 点重合，在水平荷载作用下房屋不产生绕竖轴的扭转。 在此基本假定的前提下，同一楼层标高处，各榀框架和剪力墙的水平唯一相等。此时可 将结构单元内所有剪力墙综合在一起，形成一榀假想的总剪力墙；总剪力墙的弯曲刚度等于 各榀剪力墙弯曲刚度之和；把结构单元内的所有框架综合起来，形成一榀假想的总框架，总 框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。 按剪力墙之间和剪力墙于框架之间有无连梁，或者是否考虑这些连梁对剪力墙的结束作 用，框架-剪力墙可分为下列两类： （1）框架-剪力墙铰结体系；如图 图 8.2.3 框架-剪力墙铰结体系计算简图 （2）框架-剪力墙刚结体系；如图 图 8.2.4 框架与剪力墙刚结体系计算简图 8.3 框架-剪力墙饺结体系结构分析 1、基本方程及其一般解 如图计算简图。采用连续化方法。以总剪力墙为隔离体，得： 图 8.3.1 框架-剪力墙交接体系协同工作计算简图 引入： z H ξ = 得： 一般解为： 框架剪力墙结构任意截面的转角，总剪力墙的弯矩、建立，以及总框架的剪力如下： 2、水平均布荷载作用下内力及侧移计算 此时一般解为: 分别通过: (1)框架-剪力墙结构顶部总剪力为零;(2)剪力墙下端固定,弯曲转角为 零;(3)在结构顶端，剪力墙的弯矩为零；（4）在结构下端，侧移 y 为零，来定解中的系数， 得： 3、倒三角形分布水平荷载作用下内力及侧移计算 图 8.3.2 倒三角形分布荷载及顶点集中荷载作用下协调工作计算简图 求得： 分别通过: (1)框架-剪力墙结构顶部总剪力为零;(2)剪力墙下端固定,弯曲转角为 零;(3)在结构顶端，剪力墙的弯矩为零；（4）在结构下端，侧移 y 为零，来定解中的系数， 得： 4、顶点集中水平荷载作用下内力及侧移计算 求得： 分别通过: (1)框架-剪力墙结构顶部总剪力为零;(2)剪力墙下端固定,弯曲转角为 零;(3)在结构顶端，剪力墙的弯矩为零；（4）在结构下端，侧移 y 为零，来定解中的系数， 得： 8.4 框架-剪力墙刚结体系结构分析 1、基本微分关系 当剪力墙间和剪力墙与框架之间有连梁，并考虑连梁对剪力墙之间转动的约束作用时， 框架-剪力墙结构可按刚结体系计算，如图： 图 8.4.1 框架-剪力墙刚结体系协调工作计算简图 1)、平衡条件 在框架剪力墙结构的任意高度 z 处，存在下列平衡关系： 其中： 分别为结构 z 高度的处荷载、总剪分别为结构 z 高度的处荷 载、总剪力墙承受的荷载和总框架承受的荷载 2）、总剪力墙内力与位移的微分关系 将平衡条件代入，得： 由作用在微段上所有力对截面下边缘形心的力矩之和为零，得 略去上式中的二阶微量，得： 可得框架-剪力墙刚结体系中剪力墙剪力的表达式： 3）、总框架内力与位移的微分关系 4）、总连梁内力与位移的微分关系 总连梁的约束刚度： ij ij b S M C h hθ= =∑ ∑ 总连梁的线约束弯矩： ( ) ij b b M dym z C C h d θ= = =∑ z 2、基本方程及其解 框架-剪力墙刚结体系的微分方程： 8.5 框架-剪力墙结构的截面设计和构造 1、带边框剪力墙的构造要求 一般情况下，剪力墙的截面厚度不应小于 160mm，且不应小于层高的 1/20；抗震设计时， 一、二级抗震等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。当剪 力墙截面厚度不满足上述要求时，应对墙体进行稳定性验算。剪力墙的水平分布钢筋应全部 锚入边框内，锚固长度不应小于 la（非抗震设计）或 laE（抗震设计） 带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同。边框柱宜与该榀框架其他柱的截面相 同，且应符合一般框架柱的构造配筋规定。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。 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。 2、板柱-剪力墙结构中板的构造要求 一般情况下，剪力墙的截面厚度不应小于 160mm，且不应小于层高的 1/20；抗震设计时， 一、二级抗震等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。当剪 力墙截面厚度不满足上述要求时，应对墙体进行稳定性验算。剪力墙的水平分布钢筋应全部 锚入边框内，锚固长度不应小于 la（非抗震设计）或 laE（抗震设计） 带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同。边框柱宜与该榀框架其他柱的截面相 同，且应符合一般框架柱的构造配筋规定。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。 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。 3、带边框剪力墙的构造要求 板柱-剪力墙结构中的剪力墙一般也为带边框的剪力墙，其构造要求与上述相同。板的 构造应符合下列要求。 (1)防止无梁板脱落的措施 在地震作用下，无梁板与柱的连接是最薄弱的部位，板柱交接处容易出现裂缝，严重时 发展为通缝，使板失去支承而脱落。为防止板完全脱落而下坠，沿两个主轴方向均应布置通 过柱截面的板底连续钢筋，且钢筋的总面积应符合下式要求： /s G yA N f≥ 式中， 为在该层楼面重力荷载代表值作用下的柱轴向压力设计值；GN yf 为钢筋的抗拉 强度设计值。 板柱-剪力墙结构中，地震作用虽由剪力墙全部承担，但结构在整体工作时，板柱部分 仍会承担一定的水平力。由柱上板带和柱组成的板柱框架中的板，受力主要集中在柱的连线 附近。为加强板与柱的连接，较好地起到板柱框架的作用，抗震设计时，无柱帽的板柱-剪 力墙结构应沿纵横向柱轴线在板内设置暗梁。暗梁宽度可取与柱宽度相同或柱宽加上柱宽度 以外各 1.5 倍板厚。暗梁配筋应符合下列规定：暗梁上、下纵向钢筋应分别取柱上板带上、 下钢筋总截面面积的 50%，且下部钢筋数量不宜小于上部钢筋的 1/2；纵向钢筋应全跨拉通， 其直径宜大于暗梁以外板钢筋的直径，但不宜大于柱截面相应边长的 1/20；暗梁的箍筋， 在构造上应至少配置四肢箍，直径不应小于 8mm，间距不应大于 300mm。 4、 剪力墙的竖向和水平分布钢筋 在框架-剪力墙结构和板柱-剪力墙结构中，剪力墙都是主要的抗侧力构件，承受较大的 水平剪力。为使剪力墙具有足够的承载力和良好的延性，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 0.2%，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。 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 第八章 框架-剪力墙结构设计 8.1 结构布置 8.2、基本假定与计算简图 8.3 框架-剪力墙饺结体系结构分析 8.4 框架-剪力墙刚结体系结构分析 8.5 框架-剪力墙结构的截面设计和构造