学习情境9 剪力墙结构

1、学习情境学习情境9 剪力墙结构剪力墙结构本章主要内容本章主要内容组成组成：由钢筋混凝土的墙体，组：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系成房屋的结构体系。特点特点：钢筋混凝土墙体承受竖向：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗侧荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。刚度。但房屋被剪力墙分割成较小空间，但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。不适用于需大空间的建筑物。应用应用：15-5015-50层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。剪力墙结构剪力墙的概念和结构效能剪力墙的概念和结构效能当房屋层数更多或高宽比更大时，骨架式框架结构的梁、柱截面将

2、增大到不经济甚至不合理的地步。因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小、水平位移大”的柔性特点，框架对水平荷载的动力反应特别敏感，故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。因此，当房屋向更高层发展时，解决问题的正确途径，应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗侧力刚度的有效措施，就是在房屋中设置一些墙片。层数很多的框架，意味着房屋的高宽比很大。这时，水平荷载对框架的威胁很严重不仅使到框架的弯矩会强大，而且，柱子负担的轴向力和剪力也很大，尤其是底层柱子的轴向力和剪力更是大得惊人。从力的平衡关系看，因为房屋很高水平荷载产生的倾覆力偶将很大，柱子要抵抗这个倾覆力偶就很吃力。柱

3、子以很有限的截面尺才去承担那么大的轴向力和剪力就显得不容易对付。剪力墙的概念和结构效能剪力墙的概念和结构效能框架在水平荷载作用下的内力图剪力墙的概念和结构效能剪力墙的概念和结构效能设置墙片在水平力作用下的墙片剪力墙，即为刚度较大的，一 般是钢筋混凝土的墙片。此墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。由于深梁的抗弯惯性矩大，其抗侧刚度比框架柱大大提高，抗剪强度也大得多。这种墙可为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度，所以一般称这种墙片为“抗剪墙“或“剪力墙”。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、特点和适用范围u框架框架-剪力墙结构剪力墙结构框支剪力墙结构u筒体结构剪力墙结构剪力

4、墙结构剪力墙的分类剪力墙的分类按施工工艺分按施工工艺分l大模现浇剪力墙结构件系大模现浇剪力墙结构件系l滑模现浇剪力墙结构体系滑模现浇剪力墙结构体系l全装配大板结构休系全装配大板结构休系l内浇外挂剪力墙结构体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，大模现绕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。剪力墙的分类剪力墙的分类按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分实体剪力墙实体剪力墙当剪

5、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）双肢剪力墙剪力墙的分类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）壁式框架剪力墙的分类剪力墙的分类按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分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。剪力墙的分类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)错洞剪力墙剪力墙的分类剪力墙的分类按剪力墙的整体性(墙体开洞大

6、小)分带小墙肢的剪力墙为满足底部大空间的建筑要求，可将底部剪力墙改为框架，常称为底部大空间剪力墙结构。图为大连市友好广场高层住宅的结构布置，该建筑为15层，采用大模板施工。剪力墙的分类剪力墙的分类 在进行底部大空间剪力培结构布置时，应控制建筑物沿高度方向的刚度变化不要突变太大。 般作法是将部分底部剪力墙改为框架，增加落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙的混疑土强度等级，把落地剪力墙布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度，使结构转换层上下刚度较为接近。联肢剪力墙及壁式框架一般用于外墙，带小墙肢曲剪力墙用于内墙，框支墙一般用于上部为住宅、旅馆、下部为大空间公共建筑的情况剪力墙的分类剪力墙的分类

7、剪力墙的特点剪力墙的特点剪力墙结构体系的优点：剪力墙结构体系的优点：l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。l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；l抗震性能好，具有承受强烈地层裂而不倒的良好性能；l用钢量较省；l与框架结构体系相比施工相对简便与快速。剪力墙的特点剪力墙的特点剪力培结构体系的缺点：l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l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。剪力墙结构体系的适应范围：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

8、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。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”缺点：房屋刚度突变避免房屋刚度突变的措施避免房屋刚度突变的措施n结构转换层：结构转换层：主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。n作用：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

9、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别下刚度突变，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，这类结构的震害足严重的。设计中应注意的问题：设计中应注意的问题：（1）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)，提高落地前力墙与框架柱的强度等级

10、，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。设计中应注意的问题：设计中应注意的问题：（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、配筋率不宜低于0.25；楼板的外侧边可利用纵向框架梁或底层外纵墙加强。楼板开洞位置距外侧边应尽量远一些，在框支墙部位楼板则不宜开洞。(4)根据建筑使用功能，也可将底层框架扩展为23层刚度随层高逐渐变化，使刚度逐渐减弱而避免突

11、变。(5)在框架的最上面一层设置设备层，作为刚度的过渡层(即转换层)，使结构转换层上下刚度较为接近。(6)框支梁、柱截面的确定。框架梁柱是底部大空间部分的重要支承，它主要承受垂直荷载及地震倾覆力矩、其断面尺寸要通过内力分析，从结构强度、稳定和变形等方面确定。框架梁高度一般可取（1618）梁跨，框架柱截面应符合轴压比N/fcbh，N为地震力及竖向荷载作用组合的计算轴力，fc为柱混凝土轴心受压设计强度其他在结构上还有若干措施，如在剪力墙肢端增设暗柱，以及规定一些最小配筋率及搭接长度等，其结构加强措施视具体情况酌情处理和采用。综上所述，框支剪力墙在竖向布置时为防止刚度突变应采取各种措施，使其大空间底

12、层的层刚度变化率r接近于1，不宜大于2；不宜在地震区单独使用框支剪力墙结构，即需要时可采取框支剪力墙与落地剪力墙协同工作结构体系框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构框架剪力墙结构框架剪力墙结构适用范围：层，H/B不宜大于45各种结构体系的适用层数各种结构体系的适用层数结构要求：剪力墙面积符合刚度要求剪力墙面积符合刚度要求刚度中心与几何中心尽量符合刚度中心与几何中心尽量符合同时纵向与横向刚度增强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剪力墙体与框架轴线复合 剪力墙布置考虑结构、建筑需求剪力墙布置考虑结构、

13、建筑需求剪力墙的抗侧力效果与剪力墙的形状和位置有关(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、当建筑物为矩形、T T形和形和L L形平面时，剪力墙应沿两形平面时，剪力墙应沿两个主轴方向布置；建筑物为个主轴方向布置；建筑物为形、形、Y Y形、十字形平面时，形、十字形平面时，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，形平面，则沿形平面，则沿径向布置成辐射状径向布置成辐射状（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。(3)(3)剪

14、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。质量中心与刚度中心尽量接近。(4)(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。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)(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

15、需适应这个特点。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，横向剪力墙的问距，从经济考虑，不宜太密， 一般不小于一般不小于6 68m8m纵向剪力墙纵向剪力墙 一般设为二道、二道半、三道或四道一般设为二道、二道半、三道或四道对抗震要求的建筑，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（8）剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有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，对增大变化处，

16、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。剪力墙刚度很有好处。(9)剪力地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横墙间距即为楼板的跨度通常剪力墙的间距为间距为6 68m8m较为经济。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。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。共同承重的结构方案。(10)(10)当建筑使用功

17、能要求有底层大空间时，可以使用框支剪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。力墙，但一般均应有落地剪力墙协同工作。(11)(11)框支剪力墙与落地剪力墙协同工作体系中，以最常见的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数量之百分比率：非抗震设计时不少于3030，抗震设计时不，抗震设计时不少于少于5050。 (12)(12)落地剪力墙的间距落地剪力墙的间距L L应满足的条件应满足的条件 非抗震设计时：非抗震

18、设计时：L L3B3B，L L36m(B36m(B为楼面觅度为楼面觅度) ) 抗震设计时：抗震设计时：L L2B2BL L24m(24m(底部为底部为1 12 2层框支层时层框支层时) ) (13)(13)上下剪力墙的刚度比上下剪力墙的刚度比r r宜尽量接近于宜尽量接近于1 1。非抗震设计时，。非抗震设计时，r r不应大于不应大于3 3，抗震设汁时，抗震设汁时，r r不应大于不应大于2 2。 (14)(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柱上方设门洞。落地

19、剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时立布置在墙体的中部的中部. .（1515）转换层楼板混凝土强度等级不宜低于）转换层楼板混凝土强度等级不宜低于C30C30，并应采用双向上下层配，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。转换层相邻的楼板也应适当加强。(16)(16)框支梁、柱截面尺寸框支梁、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

20、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) (17) 框支梁、柱的混凝土等级均不应低于框支梁、柱的混凝土等级均不应低于C30C30。(18)(18)对于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度对于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度不超过不超过50m50m，抗震烈度为，抗震烈度为7 78 8度时，纵横方向的落地剪力墙与度时，纵横方向的落地剪力墙与框支剪力墙宜采用图所示的平

21、面布置方式。图框支剪力墙宜采用图所示的平面布置方式。图(a)(a)表示在一个表示在一个结构单元结构单元( (般不宜超过般不宜超过60m)60m)中落地剪力墙纵横向集中为筒中落地剪力墙纵横向集中为筒体，布置在结构单元的两端；图体，布置在结构单元的两端；图(b)(b)表示当结构单元较长时，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。那样在中间设一个落地筒体。为什么剪力墙间距不宜过大？剪力墙所适应的最大高度和高宽比剪力墙所适应的最大高度和高宽比钢筋混凝土结构的最大适应高度和高宽比应分为A级和B

22、级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剪力墙所适应的最大高度和高宽比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的高宽比限值不宜超过下表剪力墙墙体上开洞的基本要求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)(1)如由于建筑使用功能要求而上下洞口不

23、能对齐成列而需要错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，应根据开时，应根据高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3(JGJ32002)2002)的规定进行应力分析及截面配筋设计。的规定进行应力分析及截面配筋设计。对于错洞墙工程实践中常采取下列措施剪力墙墙体上开洞的基本要求剪力墙墙体上开洞的基本要求一般错洞墙一般错洞墙当必须采用错洞墙时，洞口错开距离不宜小于2剪力墙墙体上开洞的基本要求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。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。剪力墙墙体上开洞的基