剪力墙结构设计教学课件.ppt

1、1剪力墙结构设计剪力墙结构设计第五章第五章2一、剪力墙结构概念设计一、剪力墙结构概念设计受力变形特点受力变形特点水平荷载作用下：水平荷载作用下：底部截面底部截面控制截面：控制截面：弯曲型变形弯曲型变形变形变形 构件截面长边构件截面长边 大于大于4倍短边倍短边剪切型变形剪切型变形 q分类：分类：H/bW 2 高墙高墙1H/bW 2 中高墙中高墙H/bW 1 矮墙矮墙3破坏形态：破坏形态：弯曲破坏弯曲破坏剪切破坏剪切破坏滑移破坏滑移破坏 结构布置结构布置 最大适用高度、高宽比限值最大适用高度、高宽比限值 (P89表表5154)结构平、立面布置原则结构平、立面布置原则 材料强度及尺寸要求材料强度及尺

2、寸要求4二、内力、位移简化计算二、内力、位移简化计算 基本假定基本假定平面抗侧力假定平面抗侧力假定弹性变形假定弹性变形假定刚性楼板假定刚性楼板假定竖向荷载作用下竖向荷载作用下每片墙按每片墙按受荷面积受荷面积 计算竖向荷载计算竖向荷载连梁连梁 弯矩弯矩 墙肢墙肢 轴力轴力455 水平荷载作用下水平荷载作用下计算截面计算截面 yxbibibS01S02S03hhb01b026有效翼缘宽度有效翼缘宽度bi：T、I型截面型截面：010201122minbhbssbi、020362minbhbsbi、PjmieqiieqiiijVJEJEV1L、型截面型截面：剪力分配剪力分配墙的等效抗弯刚度墙的等效抗弯

3、刚度 j层总剪力层总剪力7 剪力墙分类及受力特点剪力墙分类及受力特点 整体墙整体墙15%洞口系数洞口系数洞口面积洞口面积/墙面净面积墙面净面积100%整体悬臂墙整体悬臂墙弯曲型变形弯曲型变形8 小开口小开口整体墙整体墙15%30%小开口整体墙计算法小开口整体墙计算法基本呈弯曲型变形基本呈弯曲型变形 联肢墙联肢墙30%50%连续化计算法连续化计算法向剪切型变形过渡向剪切型变形过渡9 壁式框架壁式框架 50%带刚域框架计算法带刚域框架计算法接近剪切型变形接近剪切型变形 整体墙计算法整体墙计算法 整体墙判别：整体墙判别：15%孔洞间、孔洞至墙边净距大于洞口长边孔洞间、孔洞至墙边净距大于洞口长边10

4、等效截面积：等效截面积：AAq00025.11AAdniiniiiqhhJJ11墙截面毛面积墙截面毛面积0：洞口削弱系数：洞口削弱系数Ad：洞口立面总面积：洞口立面总面积A0：立面总墙面积：立面总墙面积 等效惯性矩等效惯性矩Jq：hnhi11 顶点位移顶点位移：)31(31)41(81)64.31(6011230230230qqqqqqqqqGAHEJEJHVGAHEJEJHVAGHEJEJHV倒三角分布荷载倒三角分布荷载均布荷载均布荷载顶部集中荷载顶部集中荷载V0：底部截面剪力：底部截面剪力：剪力不均匀系数：剪力不均匀系数矩形：矩形：1.2I形：全面积形：全面积/腹板面积腹板面积T形：形：f

5、(H/t、B/t)G：剪切模量：剪切模量G0.4E 12eqeqeqEJHVEJHVEJHV30303031816011)31()41()64.31(222qqqqqqqqqGAHEJEJGAHEJEJAGHEJEJEJeq=13qqqeqAHJEJEJ291 联肢墙计算法联肢墙计算法 连续化方法连续化方法剪力墙：墙肢剪力墙：墙肢 连梁连梁连梁：连杆连梁：连杆沿墙高沿墙高 离散离散连续连杆连续连杆 微分方程微分方程（曲线、图表）（曲线、图表）14 双肢墙算法双肢墙算法 基本假定基本假定：墙肢刚度远大于连梁刚度墙肢刚度远大于连梁刚度 两墙肢同高各截面转角、曲率相等两墙肢同高各截面转角、曲率相等各

6、墙肢、连梁截面及层高等沿全高相同各墙肢、连梁截面及层高等沿全高相同忽略连梁轴向变形忽略连梁轴向变形忽略墙肢剪切变形忽略墙肢剪切变形15 基本思路基本思路：qA1J1A2J2hbhH2a02c q2a02c连梁设为均布的连续连杆连梁设为均布的连续连杆16建立基本体系建立基本体系 （力法）（力法）qa0ca0c(x)(x)建立变形协调方程建立变形协调方程求解求解(x)求解连梁剪力求解连梁剪力求解墙肢、连梁内力求解墙肢、连梁内力17 基本方程基本方程：求切开处沿求切开处沿(x)方向变形方向变形1(x):由由墙肢弯曲墙肢弯曲变形产生的相对位移变形产生的相对位移1m2mm1m2m1(x)c12cc2(x

7、)(x)1(x)2c m（x）m:顺时针为正顺时针为正1(x)与与(x)反向反向c1c2c182(x):由由墙肢轴向墙肢轴向变形产生的相对位移变形产生的相对位移 q(x)dxNN2(x)由隔离体平衡由隔离体平衡:dxNxxx0)()(dxEANdxEANHxxHxxx2)(1)()(2dxdxAAEHxxxx 0)(21)(2)11(1193(x):由由连梁弯曲、剪切连梁弯曲、剪切变形产生的相对位移变形产生的相对位移3(x)微段微段dx上上:连梁截面积连梁截面积Ab dx/h 连梁惯性矩连梁惯性矩 Jb x/hGAhaEJhabxbxvmx)(3)(33)(3232)31(3223)()(3G

8、aAEJEJhabbbxx q(x)dxdx(x)dx由悬臂梁变形公式由悬臂梁变形公式:20)31(3223)()(3GaAEJEJhabbbxx a:连梁计算跨度连梁计算跨度 aa0i hbi/4:剪力不均匀系数剪力不均匀系数G G:剪切模量剪切模量03)()(332bxxEJha2031GaAEJJJbbbb J0b:连梁折算惯性矩连梁折算惯性矩211(x)2(x)3(x)0032)11(1203)(0)(21 bxHxxxmEJhadxdxAAEc对对 x两次求导两次求导320acJDbDJJhH)(621221DcshH26221221212AAAcAS)()(2xxcm连梁刚度系数连

9、梁刚度系数D：连梁、墙肢刚度比连梁、墙肢刚度比21：整体系数整体系数2：22 0221022120221)(22)()1(1VHHxVHHxVHmHmxx倒三角分布荷载倒三角分布荷载均布荷载均布荷载顶部集中荷载顶部集中荷载 m(x)：连梁对墙肢的约束弯矩：连梁对墙肢的约束弯矩 双肢墙双肢墙基本方程基本方程设设x/H2210)()(Vmxx23 2222)(2)()1(1倒三角分布荷载倒三角分布荷载均布荷载均布荷载顶部集中荷载顶部集中荷载0 墙顶弯矩为墙顶弯矩为0)()(、f1 墙底弯曲转角为墙底弯曲转角为0(x)24 双肢墙内力计算双肢墙内力计算：)(2210)(Vm)()(、fhmmjj)(

10、连杆约束弯矩连杆约束弯矩（连梁中心坐标处）（连梁中心坐标处）连梁约束弯矩连梁约束弯矩chmcmVjjbj22)(连梁剪力连梁剪力连梁端部弯矩连梁端部弯矩0aVMbjbj)()(2xxcm25()V1j a0M1jV(1)N(1)M(1)V(2)M(2)N(2)26njjbjjVN墙肢轴力墙肢轴力)()(21222111njjjPjjnjjjPjjmMJJJMmMJJJM墙肢弯矩墙肢弯矩 水平荷载在水平荷载在j层层截面处的倾覆力矩截面处的倾覆力矩27PjjPjjVJJJVVJJJV02002020011211墙肢剪力墙肢剪力VPj:水平荷载在水平荷载在j层截面处总剪力层截面处总剪力J0i:考虑剪

11、切变形影响后的墙肢折算惯性矩考虑剪切变形影响后的墙肢折算惯性矩20121GhAEJJJiiii28 双肢墙位移及等效抗弯刚度双肢墙位移及等效抗弯刚度：11122dddydddydyyyVmVm0)()(2122)(1dmMJJEdydPm)(21)(AAGVddyPV不同荷载形式下不同荷载形式下M()、MP()、VP()y29)31(31)41(81)64.31(6011230230230TTJEHVTTJEHVTTJEHViiiiiiAGHJE22边界条件边界条件倒三角分布荷载倒三角分布荷载均布荷载均布荷载顶部集中荷载顶部集中荷载：考虑墙肢剪切变形影响：考虑墙肢剪切变形影响 的系数的系数：的

12、函数的函数 f()T：墙肢轴向变形影响的系数：墙肢轴向变形影响的系数30eqeqeqEJHVEJHVEJHV30303031816011PjeqiieqiiijVJEJEV)31()41()64.31(222TTJETTJETTJEEJiiieq31双肢墙内力、侧移分布特点：双肢墙内力、侧移分布特点：水平位移水平位移y层数层数连梁剪力连梁剪力Vb层数层数 增大，侧移减小增大，侧移减小 增大，增大，Vb 增大且增大且Vbmax下移下移32墙肢轴力墙肢轴力N层数层数墙肢弯矩墙肢弯矩M层数层数 增大，增大，N增大增大 增大，增大，M减小减小33几何参数几何参数、的物理意义：的物理意义：整体系数整体系

13、数：DJJhH)(621221DcshH262212TcSJJ2121212)21(1：未考虑墙肢轴向变形：未考虑墙肢轴向变形 ：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：墙肢轴向变形影响的系数34JJTA221222211yAyAJAAJJJJ21J：组合截面总惯性矩：组合截面总惯性矩y1A1 J1A2 J2组合截面形心轴组合截面形心轴y235A1 J1A2 J2双肢墙截面应力双肢墙截面应力?整体弯曲应力整体弯曲应力 +局部弯曲应力局部弯曲应力JyAMKNJJMKJJMKMiipiiipipi)1(墙肢截面弯矩、轴力：墙肢截面弯矩、轴力：36JyAMKNJJMKJJMKM

14、iipiiipipi)1(k：整体弯曲应力在总应力中比例：整体弯曲应力在总应力中比例chshshchK)(2122222均布荷载：均布荷载：k1.0 =1.0 0.75 0.5 0.25较小，以局部弯曲应力为主较小，以局部弯曲应力为主较大，以整体弯曲应力为主较大，以整体弯曲应力为主：墙肢剪切变形影响系数墙肢剪切变形影响系数iiiAGHJE22H/B4 时，可忽略时，可忽略37 多肢墙算法多肢墙算法 与双肢墙比较与双肢墙比较：第第i 个切口处协调方程，还应考虑第个切口处协调方程，还应考虑第(i1)跨跨连梁内力对第连梁内力对第i 墙肢以及第墙肢以及第(i1)跨连梁对第跨连梁对第(i1)墙肢的影响墙

15、肢的影响设各排连梁切口未知力和设各排连梁切口未知力和 mi()=m()为未知量为未知量 计算过程中区别计算过程中区别：11kiiJ墙肢刚度墙肢刚度11kiiA墙肢面积墙肢面积38A1J1Ai1Ji1AiJiAi1Ji1Ak1Jk1 1 i1 i i1 k ri B 2a0i 2ciAiJiAi1Ji1i(x)i(x)39320iibiiacJD连梁刚度连梁刚度kiikiiDJhH1112216连梁与墙肢刚度比连梁与墙肢刚度比1：整体系数整体系数：T212轴向变形影响系数轴向变形影响系数 T：墙肢数目墙肢数目T348肢以上肢以上570.80.850.940m()分配系数分配系数i：kiiiiii

16、DD1)()1(5.11411、BrfBrBriiii连梁约束弯矩连梁约束弯矩分布系数分布系数i：各跨连梁约束弯矩各跨连梁约束弯矩m(i)：)()(mmiiri：第：第i 跨连梁中点距墙边距离跨连梁中点距墙边距离B：墙总宽：墙总宽41 同层各连梁剪力大小分布同层各连梁剪力大小分布：1 00 连梁剪力均布连梁剪力均布1.5 连梁剪力呈抛物线分布连梁剪力呈抛物线分布0 2.5:2.5:02.01wwccREwhbfV015.01wwccREwhbfVc:砼强度影响系数（砼强度影响系数（C50 取取1.0;C80 取取0.8）剪力墙斜截面承载力计算剪力墙斜截面承载力计算 受剪截面限制条件（剪压比）受

17、剪截面限制条件（剪压比）68一、二、三级抗震一、二、三级抗震:wVwVVwwwuaVMMV1.19度抗震度抗震:四级抗震四级抗震:不需调整不需调整 剪力墙底部加强部位墙肢截面剪力设计值剪力墙底部加强部位墙肢截面剪力设计值VVw：剪力增大系数：剪力增大系数 （一级：一级：1.6 二级：二级：1.4 三级：三级：1.2）Mwua:剪力墙正截面受弯承载力对应的弯矩值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采用材料强度标准值实配钢筋截面积实配钢筋截面积考虑承载力抗震调整系数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）剪力墙肢截面剪力计算值（考虑地震作用）max

18、墙肢总高度的墙肢总高度的1/8、底部两层高度、底部两层高度 墙肢总高度的墙肢总高度的1/10 (H150m)底部加强部位底部加强部位:max 1/8墙肢总高度、框支层及其以上两层高度墙肢总高度、框支层及其以上两层高度 00)13.05.0(5.01wshyhwwwthsAfAANhbfV 偏压时抗剪计算偏压时抗剪计算无地震：无地震：有地震：有地震：008.0)1.04.0(5.011wshyhwwwtREhsAfAANhbfV 1.5 2.2 N0.2 fc bw hw7000)13.05.0(5.01wshyhwwwthsAfAANhbfV 偏拉时抗剪计算偏拉时抗剪计算无地震：无地震：有地震

19、：有地震：008.0)1.04.0(5.011wshyhwwwtREhsAfAANhbfV0wshyhhsAf08.0wshyhhsAf或或若公式右边若公式右边0wshyhhsAf08.0wshyhhsAf或或取取71 正截面承载力计算正截面承载力计算MfyAsf yAs1fc)()2(001ssycahAfxhbxfM 1 :系数（系数（C50 取取1.0;C80 取取0.94）连梁计算连梁计算sycsyAfbxfAf172 斜截面承载力计算斜截面承载力计算连梁跨度小、连梁跨度小、高度大形成深梁高度大形成深梁房屋房屋1/3高度处高度处连梁破坏更明显连梁破坏更明显反复荷载作用下反复荷载作用下形

20、成形成X型剪切裂缝型剪切裂缝(剪切型脆性破坏剪切型脆性破坏)73无地震：无地震：025.0bbccbhbfV有地震：有地震：跨高比跨高比 2.5:跨高比跨高比2.5:02.01bbccREbhbfV015.01bbccREbhbfVc:砼强度影响系数（砼强度影响系数（C50 取取1.0;C80 取取0.8）连梁截面限制条件连梁截面限制条件：74连梁端剪力设计值连梁端剪力设计值Vb9度抗震度抗震:GbnrbualbuabVlMMV1.1GbnrblbbVlMMV3.1一级抗震一级抗震:GbnrblbbVlMMV2.1GbnrblbbVlMMV1.1二级抗震二级抗震:三级抗震三级抗震:四级抗震四级

21、抗震:按地震作用组合的剪力设计值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）重力荷载代表值（考虑地震作用组合）产生的剪力设计值产生的剪力设计值 ln:净跨净跨Mlbua、Mrbua:连连梁左、右端与正截面抗弯承载梁左、右端与正截面抗弯承载 力对应的弯矩值力对应的弯矩值采用材料强度标准值采用材料强度标准值实配钢筋截面积实配钢筋截面积考虑承载力抗震调整系数考虑承载力抗震调整系数按顺时针、逆时针取大值按顺时针、逆时针取大值Mlb、Mrb:连连梁左、右端弯矩设计值梁左、右端弯矩设计值 （考虑地震作用组合）（考虑地震作用组合）按顺时针、逆时针取大值按顺时针、逆时针取大值 一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为076连梁斜截面承载力计算公式连梁斜截面承载力计算公式无地震作用无地震作用:有地震作用有地震作用:007.0bsvyvbbtbhsAfhbfV)42.0(100bsvyvbbtREbhsAfhbfV跨高比跨高比 2.5:跨高比跨高比2.5:)9.038.0(100bsvyvbbtREbhsAfhbfV77第五章作业：第五章作业：P121 2、4、9、10