剪力墙结构体系.ppt

第四章 剪力墙结构体系,-1 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 4-3 剪力墙的形状和位置 4-4 剪力墙的主要构造要求,4.1 剪力墙结构的概念,4.1.1 剪力墙的概念和结构作用,4.1 剪力墙结构的概念,4.1.2 概述 剪力墙结构体系主要有：框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒体结构等四大类。,1、概念 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,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。 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。 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,一、剪力墙结构,3、剪力墙结构的变形特征,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”,一、剪力墙结构,. 适用范围： 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 理论上可达100150层，但墙体太厚，不经济，以40层以下为宜,一、剪力墙结构,二、框支剪力墙结构,框支剪力墙结构指在结构中的局部，部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，这样的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墙就叫框支剪力墙。这是一个局部的概念，因为结构中一般只有部分剪力墙会是框支剪力墙，大部分剪力墙一般都会落地的。 底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅,二、框支剪力墙结构,缺点：房屋刚度突变,二、框支剪力墙结构,1。把框架层扩展到23层，层高逐渐变化，使刚度逐渐减弱而避免突变 2。在框架的最上面一层设置设备层，作为刚度的过渡层 3。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：,二、框支剪力墙结构,结构转换层：水平结构，梁很大，一两个楼层高 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,二、框支剪力墙结构,跳层剪力墙结构,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. 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,三、框架-剪力墙结构,受力变形特点,三、框架-剪力墙结构,相关知识,适用范围：层，H/B不宜大于45,三、框架-剪力墙结构,四、筒体结构,概念：筒体结构由一个或多个竖向筒体(由剪力墙围成的薄壁筒或由密柱框架构成的框筒)组成的结构。 1.特点： 将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体 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 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 框筒 桁架筒 筒中筒,2 筒体的基本形式,四、筒体结构,3 筒体结构的类型,根据建筑高度不同，可采用不同筒体结构形式 内筒体：将电梯井、楼体井、管道井、服务间等集中成为一个核心筒体。 外筒体：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。 筒中筒：内筒体与外筒体相结合 多筒体组合：根据建筑平面要求可采用： 多重套筒，组合筒-几个筒体由楼板联合 束筒-若干个筒体成束状结构，筒体可错落不齐。,四、筒体结构,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,四、筒体结构,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,尽端核心筒式,四、筒体结构,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： 深梁高度： 层以下,外筒体,四、筒体结构,筒中筒结构,层以上，不宜超过层,筒中筒结构：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 外筒体：密柱外框筒，与建筑立面结合,四、筒体结构,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 （1）变形特点 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 （2）受力特点 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。,4、筒体的主要特点,四、筒体结构,将筒的四壁做成桁架，就形成桁架筒。 桁架为轴向受力，与框架相比，更节省材料 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。,5、桁架筒的受力特点,四、筒体结构,图例：巨型结构（香港中国银行）,香港中国银行大厦结构形式,1。地上70层，315m，底平面正方形52*52m 2。沿对角线分四各三角形，每隔若干层切去一各三角形。 3。44层以上平面为三角形。 4。主体结构为8榀巨型桁架 5。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4。8*4。1m 6。正方形中心立柱从屋顶向下通到25层。,六多筒体系成束筒及巨形框架结构,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刚度要求时，必须采用多筒体系 1、成束筒 两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束状，称为成束筒。,四、筒体结构,优点： 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 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,2、巨形框架 利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连，巨型梁每隔几层或十几层楼设置一道，截面一般为一层或几层高，筒体和巨型梁即形成巨型框架,巨型结构体系,特点： 超越一般结构概念 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 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 巨型框架结构 巨型桁架结构 第二级：巨型框架或桁架间为一般框架结构（小型柱、梁与楼板）。 在巨型层底下，可设无柱大空间。,巨型结构外露与建筑立面相结合 空间利用灵活 施工速度快，巨型主框架施工后，各层可同时施工 巨型框架-巨型开洞 形成气流通道，减小风压,1 巨型框架结构（8）,新加坡华侨银行,1 巨型框架结构（9）,新加坡华侨银行,1 巨型框架结构（5）,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）,深圳大酒店结构形式,1 地下一层、地上33层，高114。1m 2 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。 3 每隔6层设置主框架箱型大梁。 4 次框架6层、顶层为无柱空间、其它柱距4。0m。,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）,4.2 剪力墙结构体系的类型、 特点和适用范围,4.2.1 剪力墙分类,1、按施工工艺分类,大模现浇剪力墙结构体系 滑模现浇剪力墙结构体系 全装配大板结构休系 内浇外挂剪力墙结构体系,在我国目前已建成的高层剪力墙建筑中，高层住宅占绝大多数，上述4种施工工艺中，大模现浇剪力墙结构体系的施工工艺及机械设备相对较简单，又有较好的技术经济指标，比较适合我国国情有很好的发展前景。据统计，北京、上海、天津的高层剪力墙住宅中，大模体系已经占据主导地位，北京对内浇外挂体系应用比较多。,4.2.1 剪力墙的分类,2、按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,（1）实体剪力墙,当剪力墙未开洞或开洞较小时，剪力墙的整体工作性能较好，整个剪力墙犹如一个竖向放置的悬臂杆，剪力墙截面内的正应力分布在整个剪力墙截面高度范围内呈线性分布或接近线性分布。,(2）双肢剪力墙,4.2.1剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,(3)联肢剪力墙,（4）壁式框架,4.2.1剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,概念：剪力墙开洞面积很大，连系梁和墙肢的刚度均比较小，整个剪力墙的受力与变形接近于框架，几乎每层墙肢均有一个反弯点，这类剪力墙称为壁式框架。,4.2.1 剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,(5)框支剪力墙,(6)错洞剪力墙,4.2.1 剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,（7）带小墙肢的剪力墙,4.2 剪力墙结构体系的类型、 特点和适用范围,4.2.2 剪力墙体系的特点 1、剪力墙结构体系的优点： 结构整体性强抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建造较高的建筑。 集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料； 抗震性能好，具有承受强烈地震裂而不倒的良好性能； 用钢量较省； 与框架结构体系相比施工相对简便与快速。,4.2 剪力墙结构体系的类型、 特点和适用范围,4.2.2 剪力墙体系的特点 2、剪力墙结构体系的缺点： 墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求 结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。,4.2 剪力墙结构体系的类型、 特点和适用范围,4.2.3 剪力墙体系的适用范围 剪力墙结构对于需要很多隔墙的高层住宅公寓及高层旅馆的标准层十分适用。为了适应下部设置大空间公共设施的高层住宅、公寓和旅馆建筑的需要，可以使用框支剪力墙体系，即在底层或l一3层把部分剪力墙改换为框架，其余剪力墙仍落至基础，使其相接的层次刚度不发生突变。 框支剪力墙结构对抗震要求较高的房屋，宜经过专门的试验研究后采用。,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.1 剪力墙的形状,剪力墙对水平荷载的反应与其形状及方向有关 开口型的：一字形、L形、Z形、槽形、I形、T形等 封闭型的方形、三角形、圆形等,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(1)剪力墙在平面上应沿建筑物主轴方向布置 当建筑物为矩形、T形和L形平面时，剪力墙应沿两个主轴方向布置；建筑物为形、Y形、十字形平面时，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，形平面，则沿径向布置成辐射状,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,（2)剪力墙片应尽量对直拉通，否则不能视为整体墙片。但当两道墙错开距离d3bw(bw为墙厚度）时；或当墙体在平面上为转折形状，其转角a15度时才可近似当作整体平面剪力墙对待。,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(3)剪力墙结构的平面形状力求简单、规则对称，墙体布置力求均匀，使质量中心与刚度中心尽量接近。 (4)剪力墙结构应尽量避免竖向刚度突变，墙体沿竖向宜贯通全高，墙厚度沿坚向宜逐渐减薄，在同结构单元内宜避免错层及局部夹层。 (5)全剪力墙体系从剪力墙布置均衡来考虑，在民用建筑中，一般横墙短而数量多，纵墙长而数量少，因此，纵横向剪力墙的布置需适应这个特点。,横向剪力墙的问距，从经济考虑，不宜太密， 一般不小于68m 纵向剪力墙 一般设为二道、二道半、三道或四道,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,（6）对抗震要求的建筑，应避免抗震性能不良的鱼骨式的平面布置,（7）当建筑平面形状任意时，在受力复杂处，剪力墙应适当加密,鱼骨式剪力墙平面布置图,在受力复杂处加密剪力墙,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,（8）剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵横向相互连在一起为有利，这样，对增大剪力墙刚度很有好处。 (9)剪力墙的平面布置有两种力案 横墙承重方案：横墙间距即为楼板的跨度通常剪力墙的间距为68m较为经济。 纵横墙共同承重方案：楼板支承在进深大梁和横向剪力墙上，而大梁又捆置在纵墙上，形成纵横墙共同承重方案。 在实际工程中以横墙承重方案居多数，有时也采用纵横墙共同承重的结构方案。,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(10)当建筑使用功能要求有底层大空间时，可以使用框支剪力墙，但一般均应有落地剪力墙协同工作。 (11)框支剪力墙与落地剪力墙协同工作体系中，以最常见的矩形建筑平面为例，落地横向剪力墙数量占全部横向剪力墙数量之百分比率：非抗震设计时不少于30，抗震设计时不少于50。 (12)落地剪力墙的间距L应满足的条件 非抗震设计时：L3B，L36m(B为楼面觅度) 抗震设计时：L2BL24m(底部为12层框支层时),4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(13)上下剪力墙的刚度比r宜尽量接近于1。非抗震设计时，r不应大于3，抗震设汁时，r不应大于2。 (14)框支剪力墙托梁上方的一层墙体不宜设置边门洞，旦不得在中柱上方设门洞。落地剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时立布置在墙体的中部. （15）转换层楼板混凝土强度等级不宜低于C30，并应采用双向上下层配筋。楼板开洞位置尽可能远离外侧边，大空间部分的楼板不宜开洞，与转换层相邻的楼板也应适当加强。,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(16)框支梁、柱截面尺寸 框支梁宽度不宜小于上层墙体厚度的2倍，且小于400mm。框支梁高度：当进行抗震设计时不应小于跨度的16；进行非抗震设计时小应小于跨度的18，也可采用加腋梁。框支柱的截面宽度宜与粱宽相等，也可比梁宽度大50；非抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于400mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度 的1/15；进行抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于450mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的112，柱净高与截面长边尺寸之比宜大4 (17) 框支梁、柱的混凝土等级均不应低于C30。,4.3 剪力墙的形状和位置,4.3.2 剪力墙布置的位置,(18)对于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度不超过50m，抗震烈度为78度时，纵横方向的落地剪力墙与框支剪力墙宜采用图所示的平面布置方式。图(a)表示在一个结构单元(般不宜超过60m)中落地剪力墙纵横向集中为筒体，布置在结构单元的两端；图(b)表示当结构单元较长时，可在中部加一道落地剪力墙如结构单元再加长时，如图所示那样在中间设一个落地筒体。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.1 剪力墙的材料要求 现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20 剪力墙的配筋：剪力墙厚度200mm者，可单层配筋；剪力墙厚 度200mm者，应两层配筋。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。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.2 剪力墙的厚度要求 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160mm； 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。 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 120mm ； 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140mm。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.3 剪力墙所适应的最大高度和高宽比,A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系适用的最大高度分别于表4.1、表4.2中列出该表中对全部落地剪力墙及部分框支剪力墙给出了不同高度数值的限制，可以看出，部分框支剪力墙的最大高度限制比无框支墙更严格些。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.3 剪力墙所适应的最大高度和高宽比,4.4 剪力墙的主要构造,A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系的高宽比限值不宜超过表4.3、表4.4的数值,4.4.3 剪力墙所适应的最大高度和高宽比,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,剪力墙墙体上开洞的位置和大小会从根本上影响剪力墙的分类及其相应的受力状态与变形特点。设计中要求建筑、结构、设备等专业协作配合，合理布置墙体上的洞口，避免出现对抗风、抗震不利的洞口位置，对于放大的洞口应尽量设计成上下洞口对齐成列布置，使能形成明确的墙肢相连梁，尽量避免上下洞口错列的不规则布置,(1)如由于建筑使用功能要求而上下洞口不能对齐成列而需要错开时，应根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32002)的规定进行应力分析及截面配筋设计。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,对于错洞墙工程实践中常采取下列措施,一般错洞墙 当必须采用错洞墙时，洞口错开距离不宜小于2m,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,叠合错洞墙 抗震设计及非抗震设计个均不宜采用叠合错洞墙，当必须采用时，应按图所示的暗框式配筋。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,当采用这种形式的剪力墙时，其标准层洞口部位的竖向钢筋应延伸至底层，并在一、二层形成上下连续的暗柱，二层洞口下设暗梁，并加强配筋。底层墙截面的暗柱应伸入二层，见图所示。,底层局部错洞墙,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,（2）对于宽墙肢(即剪力墙的截面高度过大)，一般当其截面高度大于8m时可开门窗洞(若建筑使用功能许可)或开结构洞(若建筑使用功能在该部位不需要开洞)，事后再行堵砌，见图，使一道剪力墙分为若干较均匀的墙肢。各墙肢可以是整体墙、小开口墙、联肢墙或壁式框架，各墙肢的高宽比均不宜小于2。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,（3）洞口位置距墙端要保持一定的距离，以使墙体受力合理及有利于配筋构造 （4）门窗洞口的设置中应避免出现宽度B3b(b为墙肢厚度)的薄弱小墙肢，研究表明，这种薄弱小墙肢在地震作用下台出现早期破坏，即使加强纵向配筋及箍筋也很难避免。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,关于上述剪力墙开洞与不开洞相比，不仅受力功能不同、而且计算方法也不一样。总之，剪力墙以不开洞比开洞好；少开洞比多开洞好；开小洞比开大洞好；单排洞比多排洞好；洞口靠中比洞口靠边好。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.4 剪力墙墙体上开洞的基本要求,若将洞口沿竖向成列布置，而使上下洞口之间的连梁有足够尺寸，同样可以保证抗剪强度的要求。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.5 框支剪力墙,框支剪力墙结构属于剪力墙结构的一种特殊形式，对于上部为小开间的住宅、旅馆而下部为大空间的公共福利设施、商贸娱乐设施的高层建筑，往往由于建筑功能的需要而采用框支剪力墙结构。 采用框支剪力墙结构体系的高层建筑，可能在底部一层甚至三层范围内，因使用上要求做成大空间，迫使一些剪力墙不能全部直通到底，而由底部框架、梁柱来抬上部的剪力墙，这样就成为框支墙了。 这种底部具有大空间的框支剪力墙结构体系，在实用上已经较广泛采用，在科学试验上也积累了一些成果。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.5 框支剪力墙,由于底层的竖向荷载和水平荷载全部由底层框架来承受，其主要特点是侧向刚度在底层楼盖处发生突变。从已有的框支剪力墙震害资料表明：这种结构在地震作用下往往由于从上到下刚度突变，底层框架刚度太弱、强度不足、侧移过大、延性不足而出现破坏，甚至导致结构倒塌，这类结构的震害是严重的。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.5 框支剪力墙,设计中应注意的问题：,（1）严格控制框支墙与落地墙的比例。在地震区，一般要限制框支墙的总榀数不超过全部横墙榀数的50，也就是说框支墙占墙体的比例宜控制在l2以内。 （2）增加落地剪力墙的厚度(但不宜超过原墙厚的2倍)，提高落地剪力墙与框架柱的强度等级，减少洞口尺寸，控制落地剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍；把落地剪力墙组合布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度。,4.4 剪力墙的主要构造,4.4.5 框支剪力墙 （3）避免在框支楼盖顶处发生刚度急剧突变，为了保证刚度的变化能顺利地传递和转变必须对框支楼盖层的设计作特殊的要求，如板厚不宜小于180mm，采用现浇钢筋混凝土且强度等级不宜低于C30，并应采用双向上下配筋、配筋率不