大空间住宅钢筋混凝土剪力墙出平面受力分析及配筋计算

摘要

随着生活水平的提高，人们对住房提出了自由分割空间的要求，为此，新型大空间板墙结构体系越来越受到人们的关注。 新型大空间板墙结构，无梁无柱，只有楼板和剪力墙作为主要的承重构件。由于楼板跨度大，竖向荷载会引起较大的剪力墙出平面弯矩，不容忽视。本文分别采用了弹性薄板理论，钢筋混凝土基本理论和有限元方法，研究了钢筋混凝土剪力墙出平面的内力、变形及承载力，对剪力墙的分布钢筋给出了实用的计算方法，分析了影响剪力墙出平面承载力的各种因素。主要研究成果如下： (1)基于弹性薄板理论，研究了楼层间的剪力墙在墙面纵向压力和楼板板边约束弯矩共同作用下的挠度和内力。考虑板墙连接确定层间剪力墙的上下端弯矩分布，借助侧向力和纵向力共同作用下小挠度平板的基本方程，导出了剪力墙在端弯矩和纵向压力共同作用下的出平面挠度和弯矩表达式，利用Mathematjca语言编程计算，并与有限元计算结果进行了比较，验证了其正确性；分析了剪力墙出平面弯曲的各种影响因素，其中剪力墙端弯矩及墙厚变化对其影响较大。 (2)根据钢筋混凝土基本理论，对大空间板墙结构剪力墙分布钢筋的计算进行研究。推导了压弯板的转角刚度方程，根据无侧移板墙结构的稳定方程计算剪力墙的计算长度(高度)系数，分析了影响剪力墙分布钢筋配筋的各种因素。剪力墙竖向分布钢筋按扁柱计算，水平分布钢筋按板计算，偏于安全。 (3)利用ANSYS程序建立钢筋混凝土有限元模型，分析了剪力墙在端弯矩与纵向压力共同作用下的应力，位移和剪力墙破坏时的极限荷载；分析了竖向分布钢筋、水平分布钢筋、边缘约束(简支，固支，端暗柱等)对剪力墙出平面承载力的影响。随竖向分布钢筋、边缘约束的加强，剪力墙出平面承载力增大且影响明显，随水平分布钢筋的加强，剪力墙出平面承载力增大但影响较小。 实际工程设计中可适当增加墙厚，减小剪力墙端弯矩，加强剪力墙竖向分布钢筋，加强剪力墙边缘约束提高剪力墙出平面承载力，从而实现大空间板墙结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1新型大空间板墙结构体系

1.2问题的提出

1.3剪力墙出平面受力国内外研究现状

1.4本文主要研究工作

第二章剪力墙出平面受力弹性计算分析

2.1剪力墙板的弯曲控制方程

2.1.1剪力墙计算模型

2.1.2侧向力与纵向力共同作用下小挠度平板基本方程

2.1.3端弯矩与纵向压力共同作用下剪力墙板的弯曲控制方程

2.2简支剪力墙板在端弯矩与纵向压力共同作用下的内力和变形

2.2.1简支板挠度表达式

2.2.2简支板挠度表达式系数计算

2.3对边简支对边固支剪力墙板在端弯矩与纵向压力共同作用下的内力和变形

2.4剪力墙出平面端弯矩求解

2.4.1板墙结构的弯矩分配法

2.4.2楼板板边固端弯矩求解

2.4.3剪力墙出平面方向端弯矩分布

2.5算例分析

2.6剪力墙内力和变形的影响因素

2.6.1材料、几何尺寸、荷载大小的影响

2.6.2端弯矩分布的影响

2.7大跨度楼板和剪力墙相互约束的弹性分析

2.7.1楼板和边墙的受力及变形分析

2.7.2剪力墙端弯矩的变化规律

2.8小结

第三章钢筋混凝土剪力墙分布钢筋配筋计算

3.1概述

3.2大空间板墙结构剪力墙计算长度近似求解

3.2.1弹性压弯板的转角刚度方程

3.2.2无侧移的多层多跨板墙结构剪力墙计算长度

3.3剪力墙分布钢筋计算基本公式

3.4算例分析

3.5小结

第四章钢筋混凝土剪力墙出平面受力非线性有限元分析

4.1概述

4.2钢筋混凝土结构有限元分析理论基础

4.2.1钢筋混凝土结构有限元模型的选择

4.2.2材料的本构关系

4.2.3混凝土多参数破坏准则

4.2.4混凝土裂缝处理方式

4.2.5钢筋混凝土结构有限元非线性方程组

4.3钢筋混凝土剪力墙有限元模型建立

4.3.1钢筋混凝土剪力墙有限元模型建立

4.3.2钢筋混凝土剪力墙有限元模型加载方案

4.4钢筋混凝土剪力墙有限元非线性计算结果分析

4.4.1剪力墙分布钢筋配筋验算

4.4.2钢筋混凝土剪力墙出平面方向大偏心受压破坏情况

4.4.3钢筋混凝土剪力墙出平面方向小偏心受压破坏情况

4.5 小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)