剪力墙结构体系经典讲义.ppt

第四章 剪力墙结构体系n４-1 剪力墙结构的概念和结构效能n4-2 剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围n4-3 剪力墙的形状和位置n4-4 剪力墙的主要构造要求第一节 剪力墙结构的概念和结构效能4-2 剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围剪力墙结构体系的类型：１（纯）剪力墙结构２框支剪力墙结构３框架-剪力墙结构４筒体结构n1、概念n利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构一、剪力墙结构一、剪力墙结构n优点:整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力(强度)要求也容易满足，房间内无梁柱外露n缺点:剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求,结构自重往往也较大n适用范围：较小开间的住宅及旅馆建筑，高层建筑2、剪力墙的优缺点及适用范围、剪力墙的优缺点及适用范围n3、剪力墙结构的变形特征、剪力墙结构的变形特征弯曲型弯曲型自底层向上，位移增量 越来越大，与悬臂梁的弯曲变形曲 线类似故称“弯曲型”剪力墙结构自底层向上，位移增量 越来越大，与悬臂梁的弯曲变形曲 线类似故称“弯曲型”图例：弯、剪变形特点图例：弯、剪变形特点n４. 适用范围：n房屋刚度比框架-剪力墙体系更好，适用的层数更高，层数超过25层的房屋宜采用全部剪力墙结构n理论上可达100~150层，但墙体太厚，不经济，以40层以下为宜二、框支剪力墙结构n底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅缺点：房屋刚度突变n1。

把框架层扩展到2~3层，层高逐渐变化，使刚度逐渐减弱而避免突变n2在框架的最上面一层设置设备层，作为刚度的过渡层n3尽可能把一部分剪力墙伸到底层以加强整个房屋的刚度避免房屋刚度突变的措施：n结构转换层：水平结构，梁很大，一两个楼层高n作用：过渡，改变下方楼层柱子的排列，或者过渡上下层剪力墙的不同位置，以此获得特别的楼层柱网－－创造大空间并将上部荷载传递到下面相对少而大的几根柱或几片墙上l l跳层剪力墙结构跳层剪力墙结构图例：大间距剪力墙体系（住宅）图例：大间距剪力墙体系（住宅）上海仙霞村点式住宅上海仙霞村点式住宅大间距方案：墙体长度由242m减少到174m板厚120mm增到140mm24层住宅每栋节约造价：45万元抗震性能加强图例：图例： 剪力墙体系（实例）剪力墙体系（实例）大小间距墙体方案的地震反应比较n１概念：在框架体系的房屋中设置一些剪力墙来代替部分框架２特点：以框架结构为主，以剪力墙为辅助补救框架结构的不足的半刚性结构剪力墙承担大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主三、框架-剪力墙结构n３受力变形特点n４、框架－剪力墙结构的类型４、框架－剪力墙结构的类型(1)框架－剪力墙结构框架－剪力墙结构适用范围：１５～２５层，H/B不宜大于4~5n适用范围：n25层以下的房屋，最高不宜超过30层n地震区的五层以上的工业厂房n由于剪力墙的存在，一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性，这种体系用于旅馆、公寓、住宅等建筑最为适宜框框—筒结构筒结构：：平面剪力墙发平面剪力墙发展展---空间薄壁空间薄壁筒体筒体四、筒体结构n１.特点：n将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体n筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体，结构空间刚度极大，抗扭性能也好n剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各种高层公共建筑和商业建筑 实腹筒实腹筒 框筒框筒 桁架筒桁架筒 筒中筒中筒筒2 筒体的基本形式筒体的基本形式3 筒体结构的类型筒体结构的类型n根据建筑高度不同，可采用不同筒体结构形式根据建筑高度不同，可采用不同筒体结构形式n内筒体内筒体：将电梯井、楼体井、管道井、服务间等集：将电梯井、楼体井、管道井、服务间等集中成为一个核心筒体。

中成为一个核心筒体n外筒体外筒体：四周外墙由密排窗框诸与窗间墙梁组成：四周外墙由密排窗框诸与窗间墙梁组成---多孔墙体建筑物内部可不设剪力墙多孔墙体建筑物内部可不设剪力墙n筒中筒筒中筒：内筒体与外筒体相结合：内筒体与外筒体相结合n多筒体多筒体组合：根据建筑平面要求可采用：组合：根据建筑平面要求可采用：n多重套筒，组合筒多重套筒，组合筒---几个筒体由楼板联合几个筒体由楼板联合n束筒束筒---若干个筒体成束状结构，筒体可错落不齐若干个筒体成束状结构，筒体可错落不齐n内筒体内筒体中央核心筒式利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体尽端核心筒式利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体外筒体外筒体利用四周外墙作为外筒体，形成外筒的墙是由外围间距较密的柱子与每层楼面处的身量刚性连接在一起组成矩形网格样子的墙体－－框架筒外围柱距：１．２２－３ｍ深梁高度：６０ｃｍ－１２２ｃｍ３０层以下外筒体外筒体五五 筒中筒结构筒中筒结构３０层以上，不宜超过８０层筒中筒结构筒中筒结构：薄壁内筒与密柱外框筒相结合：薄壁内筒与密柱外框筒相结合内筒体：筒体与竖向通道结合内筒体：筒体与竖向通道结合外筒体：密柱外框筒，与建筑立面结合外筒体：密柱外框筒，与建筑立面结合大筒体—地震后连梁破坏,形成四个小筒体n框筒及桁架筒做为外筒，实腹筒做为内筒，形成筒中筒结构，筒体结构属于空间受力体系n（1）变形特点n框筒侧向变形仍以剪切型为主，而核心筒通常则是以弯曲型变形为主n（2）受力特点n框筒结构是具有箱形截面的悬臂构件，柱子分为受拉和受压柱，形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架。

2、筒体的主要特点、筒体的主要特点n将筒的四壁做成桁架，就形成桁架筒n桁架为轴向受力，与框架相比，更节省材料n香港的中国银行采用了钢斜撑、钢梁以及钢骨钢筋混凝土柱组成的空间桁架体系，建成后在世界高层建筑中高度名列第五３、桁架筒的受力特点图例：巨型结构（香港中国银行）图例：巨型结构（香港中国银行）香港中国银行大厦结构形式香港中国银行大厦结构形式1地上70层，层，315m，底平面正方形，底平面正方形52*52m2沿对角线分四各三角形，每隔若干层切去一沿对角线分四各三角形，每隔若干层切去一各三角形各三角形44层以上平面为三角形层以上平面为三角形主体结构为主体结构为8榀巨型桁架榀巨型桁架5各巨型桁架交点设型钢混凝土大型立柱，四各巨型桁架交点设型钢混凝土大型立柱，四角立柱底面尺寸角立柱底面尺寸4正方形中心立柱从屋顶向下通到正方形中心立柱从屋顶向下通到25层六．多筒体系六．多筒体系――成束筒及巨形框架结构成束筒及巨形框架结构n使用条件：当建筑高度或其平面尺寸进一步加使用条件：当建筑高度或其平面尺寸进一步加大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力刚度要求时，必须采用多筒体系刚度要求时，必须采用多筒体系n1、、成束筒成束筒n两两个个以以上上框框筒筒（（或或其其它它筒筒体体））排排列列在在一一起起成成束束状，称为状，称为成束筒成束筒。

n优点优点：n结构的刚度和承载能力比筒中筒结构有所提高，沿高度方向，还可以逐个减少筒的个数，分段减少建筑平面尺寸，结构刚度逐渐变化n有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后现象，使内筒或内部柱子充分发挥作用n2、巨形框架、巨形框架n利利用用筒筒体体作作为为柱柱子子，，在在各各筒筒体体之之间间每每隔隔数数层层用用巨巨形形梁梁相相连连，，巨巨型型梁梁每每隔隔几几层层或或十十几几层层楼楼设设置置一一道道，，截截面面一一般般为为一一层层或或几几层层高高，，筒筒体体和和巨巨型型梁即形成巨型框架梁即形成巨型框架巨型结构体系巨型结构体系 特点：特点： 超越一般结构概念超越一般结构概念一般结构的截面尺寸与层高相关一般结构的截面尺寸与层高相关 巨型结构：由两级结构组成巨型结构：由两级结构组成第一级：结构超越楼层划分，形成跨越几个楼层的第一级：结构超越楼层划分，形成跨越几个楼层的巨柱以及一层空间的巨梁巨柱以及一层空间的巨梁巨型框架结构巨型框架结构巨型桁架结构巨型桁架结构第二级：巨型框架或桁架间为一般框架结构（小型第二级：巨型框架或桁架间为一般框架结构（小型柱、梁与楼板）。

柱、梁与楼板）•在巨型层底下，可设无柱大空间在巨型层底下，可设无柱大空间n巨型结构外露与建筑立面相结合巨型结构外露与建筑立面相结合n空间利用灵活空间利用灵活n施工速度快，巨型主框架施工后，各层可同时施工施工速度快，巨型主框架施工后，各层可同时施工n巨型框架巨型框架---巨型开洞巨型开洞n形成气流通道，减小风压形成气流通道，减小风压1 巨型框架结构（8）q新加坡华侨银行1 巨型框架结构（9）n新加坡华侨银行1 巨型框架结构（5）q东京市政厅大厦 台湾高雄银行§上海证券大厦位于浦东新区陆家嘴金融贸易区，是一个多功能性质的综合建筑，主要由证券交易厅和综合办公楼以及其他商业、服务设施等组成，地上建筑30层，地下3层，总高120m，总投资1.48亿美元，地上建筑面积为79086m2，地面以下建筑面积16753m2，为巨型框架-支撑外露体系 上海证券大厦 图例：巨型结构（深圳亚洲大酒店）图例：巨型结构（深圳亚洲大酒店）深圳大酒店结构形式深圳大酒店结构形式1 地下一层、地上地下一层、地上33层，高层，高1141m2 建筑平面中心部位的三角形芯筒与三个翼肢的端筒建筑平面中心部位的三角形芯筒与三个翼肢的端筒形成主框架立柱。

形成主框架立柱3 每隔每隔6层设置主框架箱型大梁层设置主框架箱型大梁4 次框架次框架6层、顶层为无柱空间、其它柱距层、顶层为无柱空间、其它柱距4图例：深圳大酒店大厦结构平面图例：巨型结构（深圳新华大厦）图例：巨型结构（深圳新华大厦）深圳新华大厦结构形式1 正方形平面，地上正方形平面，地上35层主体结构芯筒与外圈大型框架组成主体结构芯筒与外圈大型框架组成平面四角大截面双肢柱作为四边主框架四根角柱平面四角大截面双肢柱作为四边主框架四根角柱在主框架大梁间设置在主框架大梁间设置3—10层此框架层此框架 结构体系选择结构体系选择n主要考虑因素主要考虑因素•建筑物高度建筑物高度----结构抗侧刚度与抗震性能结构抗侧刚度与抗震性能•建筑物用途建筑物用途----建筑平面布置，空间利用要求建筑平面布置，空间利用要求n高层的控制因素高层的控制因素•水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度n抗侧移能力抗侧移能力•砖混结构－框架结构－框剪结构－剪力墙结构－砖混结构－框架结构－框剪结构－剪力墙结构－框筒结构－筒中筒结构－成束筒结构－巨型框架框筒结构－筒中筒结构－成束筒结构－巨型框架结构结构n各种结构体系的适用层数：n框架结构—15层以下（最经济为10层）n框架-剪力墙结构—30层以下（最适宜为11~25层）n剪力墙结构--40层以下（最适宜为16~40层）n框筒结构—30层以下n筒中筒结构—30层以上的超高层房屋适用的最大高度与结构体系房屋适用的最大高度与结构体系房屋类型与结构体系房屋类型与结构体系剪力墙布置考虑结构、建筑需求•结构要求：–剪力墙面积复合刚度要求–刚度中心与几何中心尽量符合–同时纵向与横向刚度增强•建筑要求：–利用山墙、电梯井、楼体井周围墙体作剪力墙–剪力墙体与框架轴线复合 第三节 剪力墙的形状和位置n一、剪力墙的形状n剪力墙对水平荷载的反应与其形状有关n开口的—1型、L型、Z型、槽型、I型、T型n封闭的—方形、三角形、圆形二、剪力墙的布置原则n（一）总则1.房屋平立面体型要简单均匀。

2.剪力墙应合理地，应可能地离开房屋重心n3.剪力墙布置要对称，以减少结构的扭转效应当不能对称时，也要使刚度中心尽量和质量中心接近，以减少地震力产生的扭矩4.剪力墙应上下层位置对齐，而且宜贯通房屋全高5.应尽可能采取措施增加剪力墙承担的竖向荷载6.在非地震区，可根据建筑物迎风面大小、风力大小设置剪力墙，纵横两个方向剪力墙数量可以不同在地震区，由于两个方向的地震力接近，在纵、横方向上布置的剪力墙数量要尽量接近（二）全剪体系的剪力墙布置n纵横向剪力墙布置应均衡横向剪力墙短而数量多，间距一般6~8mn纵向剪力墙一般设2~4道n当形状任意时，在受力复杂处，剪力墙还应加密一些（三）框-剪体系的剪力墙布置n剪力墙数量 以满足位移限制为宜,剪力墙数量约5~12cm/m2建筑面积n剪力墙的布置及间距 将剪力墙分散一些，当做成单片墙时，不宜少于3道，最好是做成筒体形状n剪力墙间距不宜过大：现浇楼板，剪力墙间距L<=4B预制楼板，剪力墙间距L<=2.5Bn（4）在两片剪力墙（或两筒体）之间布置框架时，楼盖必须有足够的平面内刚度，才能将水平剪力传递到两端的剪力墙上去，发挥剪力墙为主要抗侧力结构的作用。

n一般现浇钢筋混凝土楼盖L／B不能大于4.0；n装配式钢筋混凝土楼盖L／B不能大于3.0；两种框架-剪力墙体系结构布置方式n1柱网和剪力墙正交布置房屋平面形状由矩形单元正交组合的情形n（1）横向设置剪力墙n（2）纵横向均设置剪力墙n在抗震设防区一般采用纵横向均设置剪力墙的布置n当房屋较高而框架在纵横向刚度都较差时n尽可能把两个方向的剪力墙组合在一起n剪力墙在平面内的位置尽量拉开距离2柱网和剪力墙任意布置n房屋平面形状任意时，剪力墙和柱网就不能采用正交布置n柱网和剪力墙任意布置时，剪力墙布置应注意以下几点：n（1）横向剪力墙应布置在平面形状或刚度变化处以及靠近房屋区段的两端n（2）纵向剪力墙如布置在较长房屋的两端且相距较远时，应进行温度应力验算，并采取设置施工缝等措施，以减少温度和收缩应力n（3）剪力墙的数量要得当，过多地布置剪力墙，并不能减少框架受力，反而增加了剪力墙的用量（4）为了保证楼板刚度，剪力墙间距不宜过大4-4 剪力墙的主要构造要求n一、剪力墙的材料现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20n二、剪力墙的厚度n按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20， 且不应小于160mm；n按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25，且不应小于 140mm。

n有边框时，剪力墙的厚度不应小于墙体净高的1/30 ，且不应小于 120mm ；n无边框时，剪力墙的厚度不应小于楼层高度的1/25，且不应小于 140mm n三、剪力墙的配筋n剪力墙厚度<200mm时，可单层配筋n剪力墙厚度>=200mm时，应双层配筋n山墙及相邻第一道内横墙，楼梯间或电梯间墙及内纵墙等都应双层配筋n在剪力墙上往往需要开门窗或设备要求所需要的孔洞n根据洞口的分布和大小的不同，可将剪力墙分为以下几类：n整体剪力墙n整体小开口墙n联肢剪力墙n多联单独剪力墙开有不规则大洞口的剪力墙四、剪力墙的开洞整体弯曲应力局部弯曲应力n开洞原则：n尽量不开洞，少开洞或开小洞门窗洞口应尽量做到上下对齐，大小相同门窗洞口应尽量做到上下对齐，大小相同n洞口之间的联系梁应有足够的高度 ，以加强左右两段剪力墙的整体工作n洞口应尽量远离墙体边缘n内横墙开洞时，洞边离外纵墙内边距离>=30cmn内纵墙开洞时，洞边离山墙内边距离>=200cmn内纵墙与内横墙交叉处不要四边同时开洞，以免出现“四侧无拉结”的现象种类：种类：沉降缝沉降缝、、伸缩缝伸缩缝或或防震缝防震缝区别：区别：伸缩缝和防震缝仅将基础以上的房屋分开，而沉降缝则将房屋连同基础一起分开原原则则：：在高层建筑中，目前的总趋势是避免设缝，并从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少沉降差、温度收缩和体型复杂引起的问题。

第五节第五节 变形缝的设置与构造变形缝的设置与构造n沉降裂缝：沉降裂缝：形状：斜的，由下向沉降较大的一侧升高n地点：n土质松软、土层变化较大处n基础处理方法不同处n房屋在高度、重量、刚度有较大变化处n房屋平面形状变化的凹角处1、沉降缝、沉降缝（1）建筑物建在不同的地基土壤上； （2）当同一建筑物相邻高度相差在两层以上或部分高度差超过10m时；（3）当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时；（4）原有建筑物与新建建筑物之间；（5）当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时；（6）平面形状较复杂的建筑物，分成几个形状 沉降缝缝宽：见下表，一般为30~70mm设置条件：设置条件： 断开构件：基础及其以上 2. 沉降缝构造 墙体、楼地层、屋顶：和伸缩缝相似，缝宽加大，采用镀锌铁皮调节； 基础：双墙方案 悬挑方案（三）防震缝： 防止地震对建筑物破坏 1. 设置条件： （1）房屋高差在6m以上 （2）房屋有错层，且楼板高差较大 （3）各部分结构刚度截然不同时n设沉降缝目的：避免地基不均匀沉降时在房屋构件中产生裂缝n方法：将结构从屋顶到基础整个断开，使各部分自由沉降，以避免由沉降差引起的附加应力对结构的危害。

n不设沉降缝时，将高低部分的结构及其基础连成整体，同时采取一些相应减小沉降差的措施：n①利用压缩性小的地基，减小总沉降量及沉降差；n②高层与低层结构之间设后浇施工缝；nA.主体和裙房采用不同的基础形式nB.先施工主楼并发生沉降后，再施工裙房n③将裙房做在悬挑基础上；n目的：避免温度和混凝土收缩应力使房屋构件产生裂缝n由于温度变化而引起的结构内力称温度应力•(2)伸缩缝n为了消除温度和收缩对结构造成的危害，混凝土结构规范规定了结构温度区段的长度n表1－4 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距n不设伸缩缝，需采取的几种措施：n①设后浇缝(后浇带) n②设控制缝n③局部设伸缩缝n④从布置及构造方面采取措施减少温度应力的影响n 双层屋顶n 高低错落屋顶幻灯片 77n当房屋平面复杂、不对称或房屋和部分刚度、高度和重量相差悬殊时，在地震力作用下，房屋会产生扭转及复杂的振动状态，在连接薄弱部位会造成震害为了避免这种震害，就要采取设置防震缝的措施•(3)防震缝 n在房屋的下列部位应设防震缝：n①建筑平面突出部分较长处（如L形、T型、I形、H形、U形平面等）；n②房屋有错层，且楼面高较大处；n③房屋各部分的刚度、高度及重量相差悬殊处。

 防震缝缝宽：与设防等级有关（1）房屋高度在15m及其以下时取70mm；（2）房屋高度超过15m时 a. 设防烈度为7度，高度每增加4m，缝宽增加20mm； b.设防烈度为8度，高度每增加3m，缝宽增加20mm； c.设防烈度为9度，高度每增加2m，缝宽增加20mmn表1－5 防震缝的最小宽度n注：表中H为相邻结构单元较低的屋面高度(m)结构类型设计烈度6度7度8度9度框架结构H/240H/200H/150H/100框架-剪力墙结构H/270H/240H/180H/120剪力墙结构H/340H/280H/210H/150n避免设缝的方法：n采用平面布置简单、长度不大的塔式楼；n通过加强连接的措施把各个突出的部分连成整体。