（工程力学专业论文）基于高层住宅剪力墙墙肢截面组合应用研究.pdf

包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：呦日期竺! ! ：! ! ：矿 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 房地产业的发展、人们对住房的需求增加和经济技术的进 受到开发商和住户的青睐。高层建筑在数量上迅速增多， 日渐完善，使得建筑高度不断增加，建筑功能愈加复杂， 大的变化。为了适应建筑的要求，该类建筑的结构形式大 。在高层建筑结构设计中，水平荷载起着决定性的作用， 计的主要因素，因此抗侧力结构的设计成为关键，而抗侧 比、周期比、刚重比等指标有着重大影响。本课题就是研 截面组合构件的变化对结构的位移比、周期比、刚重比等 在剪力墙结构设计中，结构设计人员一般都是根据自已的经验和感性认识， 对剪力墙墙肢截面的选择一般都采用“l 型 、“t 型 、“十 型和“一型”等各 种墙肢截面组合，但对剪力墙结构体系中墙肢截面各种型式的选择对结构周期， 位移比等指标的影响都没有作过对比分析，也没作过相关研究。本文以武汉一 高层建筑工程为实例，使用p m c a d 建模，用s a t w e 计算分析程序计算分析；在 结构参数选取正确的前提下，通过对剪力墙墙肢截面形式的改变，将计算指标 逐项进行对比分析，通过综合探讨，分析了“t 型 、“t 型和l 型混合型”、“l 型”剪力墙墙肢截面对结构的周期比位移比等指标影响程度，为结构优化设计 工作提出意见。 总之，依据高层建筑混凝土结构技术规程等相关规范要求，正确合理 设计，通过深入的计算分析研究，就能设计出具有良好抗震性能和经济性能的 高层剪力墙结构。 关键词：剪力墙墙肢截面：周期比：位移比：刚重比；s a t w e 有限元软件 武汉理工大学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e2 0y e a r so fd e v e l o p m e n to f r e a le s t a t e , g r o w i n gd e m a n df o rh o m e sa n d p r o g r e s si ne c o n o m ya n dt e c h n o l o g y , h i g h - r i s er e s i d e n t i a li sb e i n gw e l c o m e db y d e v e l o p e ra n dr e s i d e n t si n c r e a s i n g l y b e c a u s eo fl a r g e rn u m b e r so fh i g h - r i s e b u i l d i n g sa n dm o r ep e r f e c ts t r u c t u r ec a l c u l a t i o nt h e o r y , t h eb u i l d i n gh e i g h ti s i n c r e a s i n g , b u i l d i n gf u n c t i o n sa r em o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d ，w h i c hl e a dt ot h e a r c h i t e c t u r a ls t r u c t u r e c h a n g e d i n o r d e rt om e e tt h e g r a d u a ld e v e l o p m e n t r e q u i r e m e n t ，s t r u c t u r ed e s i g n e r sm o s t l ya d o p tt h es h e a rw a l ls t r u c t u r et ot h i sk i n d b u i l d i n g i nt h es t r u c t u r a ld e s i g no fh i g h r i s eb u i l d i n g ，h o r i z o n t a l l o a d i n gp l a y sa d e c i s i v er o l ea n dt h es t r u c t u r eo fb i l a t e r a lm o v eb e c o m e st h em a i nf a c t o ro ft h e s t r u c t u r ed e s i g n ，t h u sl a t e r a lr e s i s t i n gs t r u c t u r eh a sb e e ns oi m p o r t a n ta n ds t r u c t u r a l c o m p o n e n t st or e s i s tl a t e r a lf o r c ep l a ya ni m p o r t a n tp a r ti nd i s p l a c e m e n tr a t i o ，p e r i o d r a t i oa n d j u s tw e i g h tr a t i oo f s t r u c t u r e i nt h ed e s i g no fs h e a rw a l ls t r u c t u r e ，d e s i g n e r s u s u a l l ya s s e m b l ew i t h l s h a p e d ，t - s h a p e d ，+ s h a p e da n d 一s h a p e dw a l ls e c t i o no fs h e a rw a l ls t r u c t u r eo n t h eb a s i so ft h e i rp e r s o n n e le x p e r i e n c ea n dp e r c e p t u a lk n o w l e d g e t h ew e a k n e s si s t h a tt h e r ei s n tc o m p a r i n g ，a n a l y s i sa n dc o r r e l a t i o ns t u d i e so fs t r u c t u r ep e r i o da n d d i s p l a c e m e n tr a t i ow h i c ha r ea f f e c t e db ye v e r yk i n do ft y p eo fw a l ls e c t i o ni nt h e d e s i g no fs h e a rw a l ls t r u c t u r e t h ep a p e rb u i l d sam o d e lw i t hp m c a da n da n a l y s i s w i t hs a t w e t a k i n ga ne x a m p l eo fat a l lh i g h - r i s eb u i l d i n gp r o j e c ti nw u h a n u n d e r t h ep r e r e q u i s i t eo fc o r r e c ts e l e c t i o no fs t r u c t u r a lp a r a m e t e ra n da l t e r i n gt h ef o r mo f s h e a rw a l ls e c t i o na n dt h u sc a l c u l a t i n ga 1 1i n d e x e s ，w h i c hi n c l u d et h ei m p a c t so f t - s h a p e d ，t h ec o m b i n a t i o no ft s h a p e da n dl - s h a p e d ，a n dl - s h a p e ds h e a rw a l l s e c t i o no np e r i o dr a t i oa n dd i s p l a c e m e n tr a t i o ，t h ep a p e rg i v e sap r o p o s a lo f o p t i m i z a t i o no fs t r u c t u r ed e s i g n t o g e t h e r , i na c c o r d a n c ew i t ht h e r e l a t e d r u l e sa n dr e q u i r e m e n t ”t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o nf o rc o n c r e t es t r u c t u r e so ft a l lb u i l d i n g ”，o nt h ep r e m i s eo fr e a s o n a b l e d e s i g na n da c c u r a t ea n a l y s e s ，h i g h - r i s es h e a rw a l ls t r u c t u r et h a th a sag o o ds e i s m i c p e r f o r m a n c ea n dl o wc o s tw i l lb ed e s i g n e d k e y w o r d s ：s h e a rw a l ll i m bs e c t i o n ，c y c l er a t i o ；d i s p l a c e m e n tr a t i o ；j u s tw e i g h t r a t i o ；s a t w ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 我国当今高层建筑的发展现状1 1 2 高层结构的控制因素2 1 2 1 结构的水平方向外力作用应成为主要控制内容。3 1 2 2 高层建筑结构水平方向位移的控制。3 1 2 3 其他不确定性关键因素3 1 3 高层建筑的相应特征3 1 3 1 我国现行的强制性规范、规程和适用范围3 1 4 本文的研究目的意义方法及技术路线5 1 4 1 本文的研究目的5 1 4 2 本文的研究意义。6 1 - 4 3 研究方法及技术6 第2 章关于剪力墙7 2 1 剪力墙的受力特点及分类。7 2 2 按剪力墙墙肢截面高宽比对其分类8 2 2 1 短肢剪力墙与一般剪力墙的区分。8 2 2 2 短肢剪力墙与异型柱的区分8 2 2 3 墙与柱的区分。8 2 2 4l 砉论9 2 3 剪力墙平面布局应考虑的问题9 2 3 1 双向布置剪力墙及抗侧刚度。9 2 3 2 竖向刚度均匀9 2 3 3 墙肢高宽比l o 2 3 4 剪力墙洞口的布置1 0 2 3 5 剪力墙加强部位1 0 2 3 6 剪力墙平面外稳定的加强措施1 1 i i i 士学位论文 11 11 ； 基本理论1 7 17 18 ：! ( ) 2 1 3 3 2 轴向力2 l 3 3 3 截面形式2 1 3 3 4 混凝土强度等级2 l 3 4 本章小结2 l 第4 章工程实例设计与分析2 2 4 1 工程概况2 2 4 1 1 设计数据2 2 4 1 2 结构平面布置与剪力墙截面调整原则2 3 4 2 设计有关内容及结果对比2 4 4 2 1 计算参数选取2 4 4 2 2 计算结果合理性分析及对比3 0 4 3 本章小结6 2 4 3 1 动力性能方面6 2 4 3 2 结构变形方面6 2 4 3 3 结构内力方面6 2 4 3 4 其它方面6 3 第5 章结论与展望6 4 5 1 结论6 4 5 2 展望6 5 参考文献6 7 致谢6 9 1 v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 今高层建筑的发展现状 是社会需求不断增长与经济繁荣和科技迅猛进步的产物。随着人 的不断追求，高层建筑使用功能要求的不断完善，高层建筑在数 量上同益增多、高度上不断攀升的同时，结构形式也在发生着较大变化。混凝 土剪力墙结构便是顺应这种变化发展起来的结构形式。我国在自从进入2 0 0 0 年 后，高层建筑不断涌现，最吸引眼球的是房产商一次又一次刷新其地区乃至全 国第一高楼记录。表1 1 、表1 2 和表1 3 充分说明了我国高层建筑的的发展 神速。 表1 1 全球摩天楼排行榜 排名楼名楼高 楼层数所在城市 建成时间 用途 状态 1 哈利法塔b u r ik h a l i f a 8 2 8 0 0 米1 6 3 层 迪珏( 匦送酋) 2 0 1 0写字楼酒店住宅建成 2 台北1 0 1 大厦 5 0 9 0 0 米 1 0 l 层 鱼j 量( 主国) 2 0 0 4 写字楼酒店商业建成 3 环球金融中心4 9 2 0 0 米 1 0 1 层 = 匕鎏( 主国) 2 0 0 8 写字楼酒店商业 建成 4 环球贸易广场4 8 4 0 0 米1 0 8 层 垂鲞( 主国) 2 0 l o写字楼酒店建成 5 绿地广场紫峰大厦 4 5 0 0 0 米 8 8 层直立 2 0 0 9 写字楼酒店商业建成 6 国际金融中心4 4 0 7 5 米1 0 3 层 亡趔( 生国) 2 0 1 0 写字楼酒店 建成 7 全荩太厘 4 2 0 5 3 米8 8 层 ：漫( 主围) 1 9 9 9写字楼酒店商业建成 8 国际金融中心一期 4 1 2 0 0 米 8 8 层垂鲞曲 2 0 0 3 写字楼建成 9 生篮亡扬 3 9 1 1 0 米8 0 层 亡刿( 虫国) 1 9 9 6 写字楼 建成 1 0 地王厶厦 3 8 3 9 5 米6 9 层 涯刿( 主国) 1 9 9 6 写字楼建成 表1 2 国家摩天楼指数排行榜 排名国家建筑数量摩天指数 中国 1 2 5 69 3 3 0 5 7 中国 美国 2 2 0 1 8 5 5 0 7 美国 阿联酋 6 09 9 1 6 5阿联酋 武汉理t 大学硕士学位论文 表1 3 中国已建成2 0 0 米以上( 含2 0 0 米) 高楼年度总数榜 2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年2 0 0 9 年 建成幢数 91 31 72 0 如今人民生活品质不断提高，进而改善居住环境也是人民迫切需要的一个 方面；而社会又在不断进步，生产方式也在迅猛发展，施工机具越来越先进， 计算机计算速度日新月异，所有这些都为高层房屋的发展提供了物质条件和智 力支持。它有利于节约能源和集约化地利用土地，解决住房紧张，减少市政基 础设施和美化城市空间环境。应该讲，当今摩天大楼如雨后春笋般不断涌现， 确实带动了各行各业的发展特别是房地产的发展1 1 2 高层结构的控制因素 伴随着现代社会的进步和经济水平的高速发展，结构工程师们设计出了越 来越多的超高层建筑。从建筑高度发展过程可以看出，高度的增加是伴随着建 筑材料、承重结构体系以及设计计算理论的逐渐进步而发展的。建筑物高度的 不同发展时期，也正是建筑技术向新的水平发展的不同阶段，从目前我国高层 结构的发展现状来看，由于我国经济建设快步发展，耕地面积不断锐小，人均 占地空间也不断缩减，高层结构必为开发商的首选，所以混凝土剪力墙抗侧力 房屋结构形式将越来越普遍。因为高层建筑在城市功能中的重要地位，其结构 体系的选择往往十分重要。由于人们对住房追求的要求更功能化、精品化，因 而带来了高层建筑结构体系日趋多样性、建筑平面布置与竖向体型也越来越复 杂、受力状况也表现出复杂性和不确定性。这些复杂的建筑结构形式的出现给 其结构抗震分析以及抗震设计带来了许多新的问题。对于不同高度的建筑物， 影响其内力和变形的决定因素是不同的，高层建筑结构不仅要承受垂直荷载还 要抵御水平荷载的作用( 包括风和地震作用) 。在低层结构中，水平荷载产生的 内力和位移很小，通常可以忽略不予考虑：在多层结构中，水平荷载的效应逐渐 增加，一般要稍加考虑：而到高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计起着重要 影响，但由于竖向荷载所引起的轴力与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载所 引起的倾覆力矩及竖向构件的轴力与建筑高度的二次方成正比，因此，随着高度 的增加，水平荷载越来越重要，成为结构设计的控制因素瞄驯。因而，下面对高层 建筑结构的主要控制因素作几点讨论： 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 1 结构的水平方向外力作用应成为主要控制内容 低层建筑的结构设计通常受结构自重作用力的控制，对高层建筑结构来讲， 随着建筑高度越来越高，高宽比的加大，由水平荷载作用引起的结构内力和位 移所占的比例也将跟着增大。假若把高层建筑结构物视作一简单的竖向悬臂结 构，结构中由竖向荷载所产生的轴力与高度( h ) 成正比关系：结构在水平风荷载 和水平地震作用所产生的弯矩与高度( h ) 的平方成j 下比关系：结构在水平风荷载 和水平地震力作用下产生的位移与结构高度( h ) 的四次方是正比关系。对高度 确定的某一建筑结构，结构竖向荷载的大小基本稳定不会发生变化，然而水平方 向上风荷载作用力和水平方向地震作用力的数值大小往往会随着高层建筑结构 的动力特征不同而存在较大幅度的波动。可见，水平方向风荷载作用和水平方向 地震作用对高层建筑结构的影响很大瞄剀，水平方向风荷载和水平方向地震力作 用所引起的侧向水平位移必定成为高层建筑结构设计的主要控制内容。 1 2 2 高层建筑结构水平方向位移的控制 受水平方向力作用时，高层建筑结构物顶点的弹性水平位移值与其高度约 成平方比或立方比关系，随着建筑物高度的增加，其顶点水平位移将迅速增大。 过大的水平位移影响建筑物使用的舒适度，因此必须对其进行侧移量的控制。 1 2 3 其他不确定性关键因素 当建筑物高度很大时，其竖向温度内力、位移和建筑物的稳定与抗倾覆能 力等问题将会变得更加突出。 因此除了对高层建筑结构水平方向外力作用位移的控制外，对高层建筑结 构分析还应包括以下几条主要内容： 结构在自重作用下其内力和位移计算： 结构在动荷载作用下特性深度分析： 结构在动荷载作用下的结构反应情况。 1 3 高层建筑的相应特征 1 3 1 我国现行的强制性规范、规程和适用范围 武汉理工大学硕士学位论文 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为a 级和b 级，b 级 高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较a 级相对宽松，其结构抗震等 级、有关的计算和构造措施应相应加严，并应符合高规有关条文的规定。a 级 和b 级高度钢筋混凝土高层建筑最大适用高度和钢筋混凝土高层建筑适用的最 大高宽比分别见表1 1 ，1 2 ，1 3 ，1 4 。 表1 1 a 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度( m ) 非抗震设抗震设防烈度 结构体系 计 6 度7 度8 度9 度 框架 7 0 6 05 54 5 2 5 框架一剪力墙 1 4 01 3 0 1 2 01 0 05 0 全部落地剪力墙1 5 01 4 01 2 01 0 06 0 剪力墙 部分框支剪力墙 1 3 01 2 0 1 0 08 0不应采用 框架一核心筒 1 6 0 1 5 01 3 01 0 07 0 简体 筒中筒 2 0 01 8 01 5 01 2 0 8 0 板柱一剪力墙 7 04 0 3 53 0 不应采用 表1 2 b 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度( m ) 抗震设防烈度 结构体系非抗震设计 6 度7 度8 度 框架一剪力墙1 7 01 6 01 4 0 1 2 0 全部落地剪力 墙 1 8 0 1 7 01 5 0 1 3 0 剪力墙 部分框支剪力 墙 1 5 01 4 0 1 2 01 0 0 框架一核心筒 2 2 02 l o1 8 0 1 4 0 筒体 筒中筒 3 0 0 2 8 02 3 01 7 0 表1 3 a 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比 抗震设防烈度 结构体系非抗震设计 6 度、7 度8 度9 度 框架、板柱一剪力墙543 2 框架一剪力墙 5 543 剪力墙 6 65 4 筒中筒、框架一核心 6 65 4 筒 4 武汉理工大学硕士学位论文 表1 4 b 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比 抗震设防烈度 非抗震设计 6 度、7 度8 度 876 高层建筑混凝土结构技术规程 1 】4 3 3 中规定a 级高度钢筋混凝土高 层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心，平面长度不宜过长，突出 部分长度l 不宜过大( 见图一) ：l 、，等值宜满足表1 5 的要求。 k l 少 ( o ) 曲f ，曲 卜上爿 ( c ) 过 ( d ) 图1 1 建筑平面图 一 表1 5l 、，的限值 设防烈度 b t b m a x t7 b 6 、7 度 6 oo 3 52 o 8 、9 度 5 oo 3 01 5 1 4 本文的研究目的意义方法及技术路线 1 4 1 本文的研究目的 本课题通过对一个高层建筑结构的设计，经“l 型”、“t 型”、 “t 5 了 武汉理工大学硕士学位论文 型和l 型混合型”剪力墙墙肢截面三种类型的结构计算结果的对比，来分析 “l 型”、“t 型 、“t 型和l 型混合型”三种剪力墙墙肢截面组合对结构 的位移比、层间位移角、周期比、层间刚度比、层间受剪承载力比、剪重比、 刚重比、框架的倾覆力矩比等各种指标的影响，从而为结构工程师在结构设计 中寻求一种合理的墙肢截面类型，通过分析来指导结构的优化设计，为结构设 计工作提高效率。 1 4 2 本文的研究意义 一直以来，结构工程师在布置剪力墙时，只是根据以往工作经验，没有对 剪力墙墙肢截面组合的合理类型进行定性分析，所以对“l 型 、“t 型”、“t 型和l 型混合型 剪力墙墙肢截面在结构设计中的应用研究，有着重要的理论 意义和实用价值。 1 4 3 研究方法及技术 对某高层住宅进行结构设计，拟对剪力墙墙肢截面采用“t 型 、“l 型 和“t 形和l 形混合型三种截面形式进行分别设计，根据相应建筑，结构设 计的国家标准，采用中国建筑学研究院开发的p m c a d 软件对上述三种截面形 式进行建模，用s a t v v e 件进行对上述三种载面形式的剪力墙结构对结构的周 期位移比等指标进行对比分析。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章关于剪力墙 2 1 剪力墙的受力特点及分类 剪力墙是一种能较好的抵抗水平风荷载和地震荷载的钢筋混凝土墙体。我 国建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 将其称为抗震墙。 剪力墙由于能有效抵抗水平方向作用的荷载，因此剪力墙结构具有以下同 点主要特征： 一抗侧刚度跟一般结构相比要大，侧移量相对较小。 一室内墙面平整竖直，经久耐用： 一结构自重大，吸收地震能量大： 一施工起来要根据各种截面支模、难度大，钢筋量一般较多，所以施工较 困难，木材耗量大，造价不经济。 剪力墙墙体根据是否开洞和开洞大小，可以分为如下四类： ( 1 ) 整截面剪力墙：指没有洞口的实体墙或洞口很小，且孔洞净距及孔洞 边至墙边距离大于孔洞长边尺寸时，可忽略洞口的影响，作为整体墙考虑。 受力特点：如同一个整体的悬臂杆件。当剪力墙高宽比较大时，受弯变形后截面 仍保持平面，法向应力呈线性分布，变形属于弯曲型暖j 。 ( 2 ) 整体小开口剪力墙：指洞口稍大且成列布置的墙，开洞面积大于1 5 但仍较小的墙。 受力特点：墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的1 5 ，且墙肢在大部分楼 层没有反弯点。弯矩图在连梁处发生突变，但在整个墙肢高度上没有或仅仅在 个别楼层中才发生反弯点。整个剪力墙的变形以弯曲型为主。 ( 3 ) 双肢或多肢剪力墙：开洞较大或洞口成列布置的墙u 刭，当开有一列洞 口时为双肢墙，当开有多列洞口时为多肢墙。 受力特点：连梁刚度比墙肢刚度小很多，连梁中部有反弯点，各墙肢单独 作用比较显著，可看成是若干单肢剪力墙由连梁联结起来的剪力墙，弯形已由 弯曲型逐渐向剪切过渡。 ( 4 ) 壁式框架：洞口尺寸大，连梁线刚度与墙肢线刚度相近的墙。 受力特点：墙肢刚度与连梁刚度接近时，剪力墙的受力性能与框架结构类 7 “该规定用墙肢的高厚比将短肢剪力墙与一般剪力墙区分开。 2 2 2 短肢剪力墙与异型柱的区分 异型柱规程2 1 1 条规定 3 7 】，“异型柱是截面几何形状为l 形、t 形和 十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4 的柱。 这样该规定就与高层规程 7 1 2 条的规定出现了不衔接的情况，即墙肢高厚比在4 5 之间的构件应如何 定义，这类构件究竟是按异型柱设计与是按短肢剪力墙设计? 混凝土规范 1 0 5 1 条规定，“当构件截面的长边( 长度) 大于其短边( 厚度) 的4 倍时，宜 按墙的要求进行设计。 广东省实施 ( j g j 3 - 2 0 0 2 ) 补充规定= 明确规定，短肢剪力墙的墙肢高厚比为4 8 。由此 可见，高厚比在4 5 的构件宜接弱短肢剪力墙设计，其轴压比应从严控制。 2 2 3 墙与柱的区分 抗震规范6 3 6 条规定啪j ，柱的“截面长边与短边的边长比不宜大于3 。” 该规范6 4 9 条规定，“抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3 倍时，应按柱的要求 进行设计 。高层规程7 2 5 条规定，矩形截面独立墙肢的截面囊，匆。( 高厚 比) 不大于3 时，宜按框架柱进行截面设计。这些规范的论述是一致的，高厚 比小于3 的竖向构件应按矩形柱设计1 4 i 。 墙布局的理解见下表2 1 ： 表2 1 平面不规则的类型 不规则类型定义 楼层的最大弹性水平位移( 或层间位移) ，大于该楼层两端弹性水平位移 扭转不规则 ( 或层间位移) 平均值的1 2 倍 凹凸不规则 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的3 0 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典 楼板局部不连续 型宽度的5 0 ，或开洞面积人于该层楼面面积的3 0 ，或较大的楼层错层 剪力墙配置过少时，结构抗侧刚度不够：剪力墙配置过多时墙体得不到充 分利用 3 引，抗侧刚度过大，会使地震力加大，自重加大，并非有利。剪力墙墙 肢截面宜简单、规则。剪力墙的两端尽可能与另一方向的墙连接，成为i 形、t 形或l 形等有翼缘的墙，以增大剪力墙的刚度和稳定性。在楼梯间、电梯间， 两个方向的墙相互连接成井筒，以增大结构的抗扭能力。 2 3 2 竖向刚度均匀 剪力墙宜自下到上连续布置，上到顶下到底，中间楼层不宜中断，避免刚 度突变。避免形成竖向不规则类型的出现。对竖向不规则类型的理解见下表2 2 ： 9 武汉理工大学硕士学位论文 表2 2 竖向不规则的类型 不规则类型定义 该层的侧向刚度小于相邻上一层的7 0 ，或小于其上相邻三个楼 侧向刚度不规则层侧向刚度平均值的8 0 ；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大 于相邻下一层的2 5 竖向抗侧力构件( 柱、抗震墙、抗震支撑) 的内力由水平转换构 竖向抗侧力构件不连续 件( 梁、桁架等) 楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的8 0 剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙沿高度不连续，将造成 结构沿高度刚度突变。墙厚度沿竖向应逐渐减薄 4 0 ，不宜变截面厚度时变化过 大，允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，但使抗侧力刚 度沿高度逐渐减小，而不是突变。 2 3 3 墙肢高宽比 剪力墙应具有延性瞄j ，细高的剪力墙( 高宽比大于2 ) 容易设计成弯曲破 坏的延性剪力墙，从而可避免脆性破坏，提高变形能力。当墙的长度很长时， 为了满足每个墙段高宽比大于2 的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、 较均匀的联肢墙或整体墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁( 其跨高比 宣大于6 ) 。 2 3 4 剪力墙洞口的布置 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置1 形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用程序的计 算简图较为符合，设计结果安全可靠。同时宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口 设置。抗震设计时，一、二、三级抗震等级剪力墙的底部加强部位不易采用错 洞墙；如无法避免错洞墙，则易控制错洞口之间的水平距离不小于2 m ，一、二、 三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙。 2 3 5 剪力墙加强部位 剪力墙的底部加强部位，是指剪力墙底部的一定高度内，适当提高承载力 l o 武汉理工大学硕+ 学位论文 使剪力墙具有足够的延性，剪力墙塑性铰出现后，剪 当加强构造措施，提高其抗剪切破坏的能力。 定的加强措施 内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对较 的梁连接时，会造成墙肢平面外产生弯矩。因此应控 ，以保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其 平面外方向的楼面梁连接时，应至少采取以下措施中的一个措施，以减少梁端 部弯矩对墙的不利影响： ( 1 ) 沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩： ( 2 ) 当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁 柱。扶壁柱宜按计算确定截面及配筋。 ( 3 ) 当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁交接处设置暗柱，并宜按计算确定配 筋： ( 4 ) 必要时，剪力墙内可设置型钢。 2 4 高层建筑结构分析程序介绍 高层建筑结构体系是高次超静定结构，未知量个数太多，目前大多是采用 建筑结构设计软件对其进行计算，根据计算结果进行分析，最后人工对计算结 果进行干预。我国多高层建筑结构内力分析程序大体上经历了三个发展时段 l i z i ，即1 9 6 0 1 9 7 0 年的单片平面框架分析阶段；1 9 7 5 年后的协同工作分析阶 段；1 9 8 2 年后的三维空间分析阶段。1 9 8 0 年前后，国外土建设计计算软件就有 较大的发展和应用，其中较好的为a d i n a 、d r a i n 2 d 、s a p 、s u p e r - s a p 、e t a b s 和a n s y s 等，还有许多较好的建筑c a d 软件和结构分析软件。目前，国内的高 层结构设计中常采用的计算程序有p k p m 、t b s a 、s a p 8 4 、t a t 和s a t w e 等，均采 用弹性模型；也有一些使用单位自行开发的计算程序进行弹塑性分析。t b s a 采 用薄壁杆件模型，将楼板视为刚性，能较好地解决体型规则、质量和抗侧刚度 布置均匀的结构分析和计算问题，但不能反映楼板变形和内力。用t b s a 对结构 进行计算，发现其在处理复杂结构方面具有局限性。m t b s a 和t b s a p 是为了适 应复杂体型高层建筑设计计算而专门开发的，前者能解决多至7 个塔楼的结构 设计计算问题，但仍假定楼板平面内刚度无限大，因而也不能对转换层的内力 武汉理工大学硕士学位论文 作出判断，对裙房顶板的设计存在很大的经验性。t a t 和s a p 8 4 是较好的结构 计算软件，均采用三维有限元模型，但前者假定楼板平面内刚度无限大；后者 单元种类较多且精度高，是国内较好的结构分析软件，但数据准备工作量大， 计算耗时多，目前的前后处理功能仍显不完善。在高层建筑结构的弹塑性时程 分析方面，目前国内有些单位开发了一些程序，如建科院推出的e p d a ，可进行 结构弹塑性时程分析，适用于多层、高层建筑结构，并可分析多塔、转换层等 结构特性。但总体上讲，结构弹塑性时程分析比较复杂、影响因素较多，计算 分析结果的准确性也较难把握。目前该类软件应用范围还不广，计算结果的可 靠性还有待于进一步验证。对于实际工程而言，结构弹塑性时程分析结果仅供 工程方案设计时参考。目前高层建筑结构计算程序如下表2 1 ： 表2 1 高层建筑计算程序 楼板时程 序号程序代号程序名称开发单位计算单元前后处理备注 模型分析 大型结构非线性三维有限单 la d i n a 麻省理工大学弹性弹塑性数据输入弹塑性分析 分析程序 元 三维有限单 2a n s y ss a si p i n e 弹性 弹塑性图形输入弹塑性分析 元 三维有限单 3a s 一$ 9 7 蓝天正华弹性无图形输入适用多高层结构 兀 南京c a d 开发中三维有限单 4b d s s c n 9 7弹性无图形输入适用钢、钢筋砼结构 心元 建造结构窄问分三维有限单 5b s s d 浙江建筑设计院刚性弹性 t b p e n 适用于多塔楼 析程序元 高层建筑结构分三维有限单 6 b g d gb s a u 湖南大学弹性弹性数据输入适用于多塔楼 析与设计元 c t w 一3 0 0建筑物总体计算广东省建筑设计 7 薄壁杆件 刚性无 数据输入 宅问协同 b s c w 9 3 及绘图系统院 薄壁杆件，三 8 d d j - w结构分析程序大连工学院刚性弹性数据输入 维有限单元 高层框剪结构通机械部设计总院 9d w t b d g 壁式框架 刚性无数据输入空问协同 用程序 丁 平面结构掸塑性中国建研究计算平面杆系层 1 0d r a i n 一2 d 刚性弹塑性数据输入弹塑性分析 动力分析程序中心问模型 高层房屋三维分加州大学伯克利三维有限单 l l e t a b s 刚性弹性数据输入适用范围较广 析程序分校 兀 高层房屋三维分 1 2e t s 3 建研院计算中心壁式框架刚性无数据输入窄间协同，考虑扭转 析程序 北京建筑设计研适用于建筑工程各 1 3 h i c a d 三维有限元 弹性无 图形输入 究院 专业和令过程集成 高层建筑结构分空自j 协同，适用于矩 1 4 k j t - 0 2总后营房设计院薄壁杆件刚性弹性数据输入 析程序形对称结构 1 5k j t u b e高层建筑结构分北京市建筑设计薄壁杆件刚性无数据输入空间协同 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 析程序 院 “s d e - m s d p弹性动态分析 同济大学上海民 1 6 刚性弹塑性t b s a 连体动力分析 l 弹塑性动态分析用院 1 7m s t 浙江大学空间杆系图彤输入 适用于空间网架 m t b s a 多塔楼建筑结构 1 8 中国建研院薄壁杆件刚性弹性 图形输入多塔楼 t b s a p 空问分析程序 r c 框剪结构弹塑 1 9n d c a d 湖南大学平面单元刚性弹塑性数据输入 性时程分析系统 平面结构时程法 2 0p f e p 弹塑性地震反应 中国建研院抗震 平面单元刚性弹塑性数据输入 所 计算程序 机械部设计研究 适用钢筋混凝二e 结 2 1p i e m 三维有限元弹性无图形输入 院 构 中国建研院p k p m 2 2p k p m 三维有限元弹性无图形输入 适用于各类结构 部 s p s 一3 0 4高层建筑结构分 2 3 华东建筑设计院薄壁杆件 刚性无数据输入空间协同 c a s e 6 析程序 结构分析通用程三维有限单 2 4s a p 8 4 北京大学弹性弹性数据输入适用范围较广 序 元 高层建筑结构空 2 5s a t w e 间有限元分析软中国建研院 三维有限单 件 元 刚性 弹性图形输入适用于一般结构 多层及高层建筑 2 6s t a s 三维空间结构计广西大学土木系薄壁杆件刚性弹性 数据输入空间协同，子结构法 算程序 立面开洞、连体错 2 7s t b s a 层建筑结构宅间中国建研院薄壁杆件刚性弹性数据输入立面开洞连体错层 分析程序 三维有限单 2 8s t r a n d 7有限元分析系统 g + dc o m p u t i n g 弹性弹塑性图形输入适用于一般结构 元 t b s a 多层及高层建筑 2 9 结构空问分析程中国建研院薄壁杆件刚性弹性 图形输入 t b s a c a d 序 高层建筑结构三 薄壁杆件，空可适用于多塔楼，连 3 0 t a t中国建研院 刚性弹性 p k ，p m 维分析程序间杆系 体，错层结构 结构弹塑性时程 3 1t a m s 清华大学平面单元刚性弹塑性 数据输入大底盘多塔楼 分析程序 r u s 2 0 0 0 a卒间结构通用设清华大学建筑设三维有限单 适用于钢筋混凝土、 3 2 刚性弹塑性图形输入 d b w 计程序计院兀钢结构 我国现今市面上有许多成熟的多层、高层结构设计计算软件，如p k p m 系列 软件、广厦建筑结构c a d 系统、t b s a 系统等。下面将设计院常用软件功能进行 e 3 2 见表2 2 ： 武汉理工大学硕士学位论文 表2 2 几个多高层建筑结构计算软件功能的对比 p k p m 系列 广厦建筑结构c a d 内容系统 t b s a 规范规程要求 s a t w e飞峨s s ws st b s at b w e t b s a p 但佶何载 yy yynnn g b j 9 _ 一1 9 8 8 分或不分 梁上荷载 荷 不利布置 yyynnnn g b j 9 - 一1 9 8 8 载 楼板活载 布 不利布置 yn ynnn 3 b j l 伊一1 9 8 9 施工过程 置 y yyy 单塔 yy g b j 9 _ 一1 9 8 9 模拟荷载 荷载折减 yyynnnn g b j 9 - - 1 9 8 9 风及地震 yyy yyyy g b j ll 一1 9 8 9 作用方向 材料r c 、s 、s - c 钢骨 多种材料r c 、钢管混凝土近似 剪力墙模 墙元 薄壁杆 墙元 薄壁柱薄壁柱墙组元壳元j g j 3 1 9 91 型 楼板模型 弹性刚性刚性刚性刚性刚性弹性j g j 3 1 9 9 1 多塔、连 体、错层 yyy 单塔 yyy j g j 3 一1 9 9l 剪力墙开 矩形、位矩形、位 置大小规则 置大小不规则规则j g j 3 1 9 9 1 洞 不限限 总刚度分 析模型 ynnnnnn g b j l1 1 9 8 9 计算构件截面 模型种类 1 91 9 多种载面多种截面 功能 c q c y yynyyy g b j ll 一1 9 8 9 弹性动力 yy ynyyy g b j ll 一1 9 8 9 双向偏压 空间协 调人工单向偏压单向偏压 双向偏 截面压 g b j l o - 一1 9 8 9 加筋 异形截面 近似近似 y 近似 d b j t 1 5 1 5 柱 1 9 9 5 圆形截面 按规范 按规范 g b j l 0 _ 一1 9 8 9 柱 弹塑性变 形验算 yyyn nnn g b j ll 一1 9 8 9 非抗震 1 8 种组 厶 1 8 种 1 899 j g j 3 1 9 9 1 口 作用 8 0 以下，2 6 种组 效应 2 6 种2 61 71 7 j g j 3 1 9 9 1 组合 6 0 m 以下 厶 口 b o 以下， 4 2 种组 6 0 m 以上 厶 4 2 种 4 23 3 3 3