剪力牆結構分析與設計

2022-03-31 00:41:30 字數 3118 閱讀 3774

[例題] 某12層雙肢剪力牆,牆肢和連梁尺寸如圖6.4.6所示。混凝土強度等級為c20,承受圖示倒三角形荷載,試計算此雙肢牆的側移和內力。

[解] (1)牆肢和連梁的幾何特徵計算

牆肢1:

牆肢2:

連梁:(2)基本引數計算

,由式(6.4.38)可求得,則等效剛度為

(3)連梁內力計算

雙肢牆的底部剪力為,由式(6.4.26)可求得第層連梁的約束彎矩為

由式(6.4.27)和(6.4.28)可求得第層連梁的剪力和樑端彎矩分別為

根據連梁位置可得連梁的相對高度,由式(6.4.24)可求得,由此可計算求得各層連梁的內力,各層連梁剪力如圖6.4.7(a)所示,計算結果從略。

(4)牆肢內力計算

由式(6.4.29)—(6.4.31)可求得兩牆肢的內力分別為

根據外荷載產生的彎矩和剪力,及連梁的約束彎矩可求得各牆肢的內力,牆肢1的剪力、軸力和彎矩分別如圖6.4.7(b)、(c)、(d)所示,計算結果從略,

(5)頂點位移計算

[例題]某12層鋼筋混凝土整體小開口剪力牆,如圖6.6.3所示,混凝土強度等級為c25,承受倒三角形水平荷載。試計算其頂點位移和底層各牆肢的內力。

[解] 首先計算各牆肢的幾何引數,見表6.6.1。

表6.6.1 各牆肢的幾何引數計算

組合截面的形心軸座標為

組合截面的慣性矩為各牆肢對組合截面形心軸的慣性矩之和,即

底層總彎矩和總剪力分別為,。根據整體小開口牆的內力計算公式,可求得各牆肢的內力,見表6.6.

2。由於牆肢3較細小,其彎矩還按式(6.6.

6)計算了附加彎矩。表中負值表示受壓牆肢。

表6.6.2 各牆肢底層的內力分配

剪力牆混凝土強度等級為c25,,故等效剛度為

可求得頂點位移為

小結(1)剪力牆可按洞口的大小、形狀和位置劃分為整截面牆、整體小開口牆、聯肢牆和壁式框架等。對整截面牆、整體小開口牆和聯肢牆,簡化計算時,可採用等效剛度,它是按頂點位移相等的原則並用剪力牆截面彎曲剛度表達的剪力牆剛度,其中考慮了剪力牆的彎曲變形、剪下變形和軸向變形的影響。

(2)在水平荷載作用下,對剪力牆結構進行簡化分析時,如假定樓蓋在自身平面內的剛度為無限大、各片剪力牆只考慮其平面內剛度、結構無扭轉,則可對結構的兩個主軸方向分別進行計算。當結構計算單元內含有整截面牆、整體小開口牆和聯肢牆時,各片剪力牆的內力可由總內力乘以等效剛度比確定;當結構單元內僅有壁式框架時,可按d值法進行計算;當壁式框架與其他型別的剪力牆同時存在時,可按框架-剪力牆結構的簡化分析方法計算其內力與位移。

(3)整截面牆可視為上端自由、下端固定的豎向懸臂構件,簡化計算時其內力和位移可按材料力學公式計算,但需考慮剪下變形對位移的影響。整體小開口牆除繞組合截面形心軸產生整體彎曲外,各牆肢還繞各自截面形心軸產生區域性彎矩,但區域性彎矩值較小,整個牆的受力效能仍接近於整截面牆,故其內力和位移仍可按材料力學公式計算,但需考慮區域性彎曲的影響。

(4)採用連續連桿法對聯肢牆進行簡化分析時,根據連梁切口處豎向位移為零的變形連續條件,可建立微分方程以求得連梁的剪力或連梁對牆肢的約束彎矩,進而可計算牆肢的內力和位移。

(5)壁式框架可簡化為帶剛域的框架,與一般框架的主要區別有兩點:一是杆端存在剛域會使桿件的剛度增大;二是需要考慮桿件剪下變形的影響。計算時可將帶剛域的桿件用乙個具有等效剛度的等截面桿件來代替,求得帶剛域桿件的等效剛度,然後利用d值法進行內力和位移的近似計算。

(6)各類剪力牆的受力特點有較大不同,主要表現為各牆肢截面上的正應力分布及沿牆肢高度方向的彎矩變化規律。牆肢截面上的正應力分布主要取決於剪力牆的整體工作係數,值越大,說明連梁的剛度相對較大,牆肢剛度相對較小,連梁對牆肢的約束作用大,剪力牆的整體工作效能好,接近於整截面牆或整體小開口牆。因此可用值作為剪力牆分類的判別準則。

但對整體小開口牆和壁式框架,值均較大,故還需要利用牆肢慣性矩比值in/i判別牆肢高度方向是否會出現反彎點,作為剪力牆分類的第二個判別準則。

(7)剪力牆屬於偏心受力構件,由於牆肢成片狀,故牆肢兩端除集中配置豎向鋼筋外,沿截面高度方向還需配置均勻分布的豎向鋼筋。大偏心受壓構件承載力計算時需考慮豎向分布鋼筋的作用,小偏心受壓構件則不考慮。剪力牆斜截面受剪承載力計算時應考慮軸力的有利(偏心受壓)或不利(偏心受拉)影響。

牆肢之間的連梁的受力效能與其跨高比有關,承載力計算時應考慮跨高比的影響。

思考題(1)剪力牆結構的布置有哪些具體要求?

(2)什麼是不規則開洞剪力牆?其受力有哪些特點?如何進行構造處理和計算分析?

(3)什麼是短肢剪力牆?其結構布置有哪些要求?

(4)如何確定剪力牆結構的混凝土強度等級和牆體厚度?

(5)剪力牆根據洞口的大小、位置等共分為那幾類?其判別條件是什麼?各有那些受力特點?

(6)什麼是剪力牆的等效剛度?各類剪力牆的等效剛度如何計算?

(7)試述剪力牆結構在水平荷載作用下的平面協同工作的假定和計算方法。

(8)採用連續連桿法進行聯肢牆內力和位移分析時的基本假定是什麼?連梁未知力和各表示什麼?

(9)說明用連續連桿法進行聯肢牆內力和位移計算的步驟,以及多肢牆和雙肢牆在計算方法上有何異同?

(10)聯肢牆的內力分布和側移曲線有何特點?並說明整體工作係數對內力和位移的影響。

(11)試說明整截面牆、整體小開口牆、聯肢牆、壁式框架和獨立懸臂牆的受力特點?說明剪力牆分類的判別準則?為什麼?

(12)式(6.6.2)中值的物理意義是什麼?

怎樣利用它計算牆肢的內力?並說明連梁剛度對牆肢、連梁的內力和位移有何影響?為什麼說整體小開口牆的內力和位移計算方法是近似方法?

(13)與一般框架結構相比,壁式框架在水平荷載作用下的受力特點是什麼?如何確定壁式框架的剛域尺寸。

(14)如何計算帶剛域桿件的等效剛度,採用d值法進行內力和位移計算時,壁式框架與一般框架有何異同?

(15)什麼是剪力牆的加強部位?加強部位的範圍如何確定?

(16)剪力牆截面的彎矩和剪力為什麼要進行調整?那些部位需要調整以及如何進行調整?

(17)剪力牆的截面承載力計算與一般偏心受力構件的截面承載力計算有何異同?

(18)為什麼要規定剪力牆的軸壓比限制?

(19)什麼是剪力牆的邊緣構件?什麼情況下設定約束邊緣構件?什麼情況下設定構造邊緣構件?剪力牆的約束邊緣構件和構造邊緣構件各應符合那些要求?

(20)剪力牆的分布鋼筋配置有哪些構造要求?

(21)跨高比對連梁的效能有什麼影響?為什麼要對連梁的剪力進行調整?如何調整?連梁的配筋構造主要有哪些?

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