第四讲 剪力墙、框架—剪力墙结构体系

1、第三章 剪力墙、框架(kun ji)剪力墙结构体系 共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介 国家体育场的设计方案，是经全球设计竞赛产生的，由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所、ARUP工程顾问公司及中国建筑设计研究院设计联合体共同设计的“鸟巢”方案。该设计方案主体由一系列钢桁架围绕碗状坐席区编制而成，空间结构(jigu)新颖，建筑和结构(jigu)浑然一体

2、，独特、美观，具有很强的震撼力和视觉冲击力。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介德梅隆赫尔佐格共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(f

3、ngmin)封 面 简 介中方(zhn fn)顾问：艾未未共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介 艾未未，1957年8月28日生于北京，当代中国实验艺术的领军人物，“中国艺术文件库”艺术总监。诗人艾青之子。曾任电视剧北京人在纽约副导演，2008北京奥运会“鸟巢”（国家体育馆）中国顾问。艾未未虽然是诗人艾青之子，却不喜欢抒情，他擅长(shnchng)的是

4、颠覆：推倒既成的标准和艺术的樊篱，也包括他自己，比如放弃北京电影学院的学业。追求建筑的原始美与韵律感有人说他是建设的破坏者和破坏的建设者 共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介 2008年3月，中国国家体育馆（鸟巢）获得英国设计博物馆评选的建筑设计奖；评委对设计的评价是：“北京国家体育场的建筑是1972年慕尼黑奥运会以来从未有过的能全面体现当代体育馆概

5、念(ginin)的设计。它蕴涵了中国作为一个现代化国家的出现，是赫尔佐格和德梅隆不平凡的职业生涯中一个辉煌的成就。” 设计博物馆在2008年3月11日的新闻发布中说，北京国家体育场是北京为迎接奥运会而推出的一系列壮观建筑项目中最为惊人的一个。这个拥有10万座位的结构代表了1972年慕尼黑奥运会时自由形态帐篷结构以来最有创新的一个设计，它一定会让伦敦2012年奥运会计划中的体育场黯然失色。它（北京国家体育场）那被称为“鸟巢”的貌似随意的钢结构是一个令人难忘的地标式建筑，在这种背景之下，观众很容易感到自己是活动的一部分。共四十九页 Southwest Jiaotong University Sou

6、thwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong

7、University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)封 面 简 介“鸟巢”的先进技术（1）半透明膜“维护”馆内草坪(copng)（2）“鸟巢”所用钢材皆国产 为“鸟巢”量身打造的“Q460”钢材（3）充分利用

8、地热资源 采用先进的环保技术是奥运场馆建设中的另一个亮点。据介绍，“鸟巢”部分区域利用地热资源，实行冷热水机组“三联供”，可同时满足夏季制冷、冬季采暖和生活热水供给。（4）施工技术填补多项国内空白（5）验收标准为国内同类首创共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)上 节 复 习框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构；房屋墙体不承重，仅起到围护和

9、分隔作用(zuyng)；一般不超过15层的房屋，适用于多层和高度不超过60m的高层建筑；框架结构体系的类型按构件组成分：梁板式结构，无梁式结构；按施工方法分：现浇整体式框架，装配式框架，半现浇框架，装配整体式框架共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)上 节 复 习梁截面尺寸确定：一般情况 框架梁：h=（1/81/10）L 次梁：h=（1/121/18）L截面宽度：一

10、般 b=（1/21/3）h，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。为了防止梁发生(fshng)剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University封面(fngmin)上 节 复 习柱截面尺寸确定：按层高估算，柱截面高度h一般取层高的 1/151/20。按轴压比估算构造要求框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；

11、圆柱(yunzh)截面直经不宜小于350mm；柱截面高宽比不宜大于3；为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University本课程(kchng)主要内容大跨度建筑屋盖结构单层刚架结构体系桁架结构体系拱式结构体系网架结构体系薄壁空间结构网壳结构悬索结构建筑结构选型砌体结构体系框架结构体系剪力墙结构体系框架剪力墙结构体系筒体结构体系巨型框架结构体系多层与

12、高层建筑结构绪论什么是建筑结构建筑结构选型的原则建筑结构与建筑设计的关系建筑结构的组成与分类共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University第三章 剪力墙、框架剪力墙结构(jigu)体系3.1 剪力墙的概念和功能3.2 剪力墙结构的类型、特点和适用范围3.3 剪力墙的布置3.4 剪力墙的构造要求共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaot

13、ong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.1 剪力墙的概念(ginin)和功能1 剪力墙结构的产生框架结构在竖向荷载(hzi)作用下的受力 竖向荷载作用下计算简图 M图 V图 N图 共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.1 剪力墙的概念(ginin)和功能框架结构在水平(s

14、hupng)荷载作用下的受力和变形框架结构在水平荷载下的受力梁柱弯曲变形引起的侧移-剪切形柱轴向变形引起的侧移-弯曲形共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.1 剪力墙的概念(ginin)和功能解决办法框架(kun ji)柱扩大成墙体产生了剪力墙结构共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University So

15、uthwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.1 剪力墙的概念(ginin)和功能2 剪力墙的概念剪力墙(Shear Wall)：又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。增加结构的刚度(n d)、强度及抗倒塌能力。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaoto

16、ng University3.1 剪力墙的概念(ginin)和功能3 剪力墙与承重墙的区别墙根据受力特点可以分为承重墙和剪力墙，承重墙以承受竖向荷载为主，如砌体墙；剪力墙以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用(zuyng)产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。 共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University概念由框架与剪力墙组合而成的结构体系。在整个框架剪力墙结构体系中，框架

17、与剪力墙同时存在，剪力墙承担绝大部分的水平荷载(hzi)，而框架则承担竖向荷载为主，两者共同受力，合理分工。2 框架剪力墙结构3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围1 剪力墙结构的类型框架剪力墙结构剪力墙结构框支剪力墙结构共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University框架(kun ji)剪力墙结构3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest

18、Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围特点受力特点：剪力墙承担绝大部分的水平荷载， 框架承担竖向荷载为主变形特点: 1）在水平荷载作用下，单独剪力墙的变形曲线以弯曲变形为主；单独框架的变形曲线以整体(zhngt)剪切变形为主。 2）在框架-剪力墙结构中，其变形曲线介于弯曲型与整体剪切型之间。在结构下部，剪力墙的位移比框架小，墙将框架向左拉，框架将墙向右拉；在结构上部

19、，剪力墙的位移比框架大，框架将墙向左推，墙将框架向右推。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University 3）二者之间存在协同工作使框架- 剪力墙结构的侧移大大减小，内力分布(fnb)更趋合理。3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest

20、Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.2 剪力墙结构的类型(lixng)、特点和适用范围适用范围适用于25层以下的房屋，最高不超过(chogu)30层；适用于旅馆、公寓住宅等；按我国抗震设计规范，在非地震区，高度可达120米左右，在7度抗震设防区，可达100米左右，在8度抗震设防区，可达90米左右，9度抗震设防，则不超过40米;建筑物的高宽比不宜大于45。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong Univ

21、ersity Southwest Jiaotong University框架剪力墙结构的剪力墙布置(bzh)典型平面3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University概念 普通剪力墙结构是全部由剪力墙组成的结构体系(tx)，其墙体的布置实际上等于将砌体结构的块体承重墙换成现浇的钢筋混凝土墙。3 剪力墙结构3.2 剪力墙结构的类型(lixng)、特

22、点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University适用范围 由于普通剪力墙结构全部由纵横(znghng)墙体组成，其刚度比框架剪力墙结构更好，对于40层以下的高层住宅、高层旅馆、公寓十分通用。高度要考虑抗震要求，在非地震区，高度可达150m，地震区7度设防时为130m左右，8度设防时为120m左右，9度设防时为70m左右。建筑物高宽比不宜大于6。3.2 剪力墙结构的类型(lixng)、

23、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University 剪力墙结构(jigu)平面布置示意3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong Universit

24、y 为满足高层建筑多功能、综合用房的需要，顶部楼层采用(ciyng)普通剪力墙结构以满足旅馆和住宅的要求，中部办公用房则需要中、小室内空间同时存在，则宜采用(ciyng)框架剪力墙结构，底部做商店或停车场需要大空间，则宜加大柱网，尽量减少墙体，这样的结构布置称为框支剪力墙结构。3 框支剪力墙结构3.2 剪力墙结构的类型(lixng)、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University

25、框支剪力墙结构由于结构底部与上部结构刚度不同，易产生(chnshng)突变，故抗震性差。对抗震要求较高的房屋，宜经过专门的试验研究后方可使用框支剪力墙结构。3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University框支剪力墙结构(jigu)3.2 剪力墙结构(jigu)的类型、特点和适用范围共四十九页 Southwest Jiaotong Univers

26、ity Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University1 剪力墙的形状3.3 剪力墙的布置(bzh)共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.3 剪力墙的布置(bzh)共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwes

27、t Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University2 剪力墙的布置3.3 剪力墙的布置(bzh)总则(zngz)房屋平、立面简单匀称；剪力墙应合理地、尽可能多地离开重心，剪力墙应使抗侧力结构的刚度中心与水平荷载的合理作用线接近或重合；剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。尽可能采取措施增加剪力墙的竖向荷载。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong Univ

28、ersity Southwest Jiaotong University2 剪力墙的布置3.3 剪力墙的布置(bzh)剪力墙结构(jigu) 宜沿主轴方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直；抗震设计时，宜使两个方向侧向刚度接近；剪力墙墙肢截面宜简单、规则。 剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。 剪力墙长度较大时，可通过开设洞口将长墙分成若干均匀的独立墙段。墙段的长度不宜大于8m。 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置。宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。共四十九页 Southwest Jiaotong Univer

29、sity Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University对于矩形、L形、T形平面，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；对于三角形平面、T形平面，剪力墙沿三个方向布置；对于正方形、圆形和弧形平面，剪力墙可沿径向及环向布置。剪力墙的数量在方案设计阶段就要合理地确定，尽量对称、均匀，且数量适当。剪力墙长度不宜(by)过长，过长会导致结构刚度过大，加大抗震能力，不经济。剪力墙为67m的大开间比33.9m的小开间经济，能降低材料用量，增加使用面积。剪力墙上的洞口宜上下对齐，并列

30、布置。3.3 剪力墙的布置(bzh)共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.3 剪力墙的布置(bzh)框架(kun ji)剪力墙结构 (1) 剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不宜过大；平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。 (2) 纵、横向剪力墙宜组成 L 形、T 形和匚形等形式，以使纵墙（横墙）可以作为横

31、墙（纵墙）的翼缘；楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置，以增强其空间刚度和整体性。 (3) 剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%，以 免结构的刚度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及不合理的基础设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可用门窗洞口或施工洞形成联肢墙。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University （5）保证框架与剪

32、力墙协同工作，其剪力墙的布置(bzh)宜符合下列要求：1) 横向剪力墙沿房屋长方 向的间距宜满足下表 的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；2) 纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。 （4）剪力墙宜贯通(guntng)建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上、下对齐。抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。3.3 剪力墙的布置共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest J

33、iaotong University 7.1 结构(jigu)布置剪力墙数量 在初步设计阶段(jidun)，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积 Aw 和全部柱截面面积 Ac 之和与楼面面积 Af 的比值，或者采用全部剪力墙截面面积Aw与楼面面积Af 的比值，来粗估剪力墙的数量。3.3 剪力墙的布置共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University3.4 剪力墙的主要(zhyo)构造要求1 剪力墙的材

34、料现浇钢筋混凝土；混凝土强度(qingd)等级C20。 剪力墙的厚度有边框时，剪力墙厚度/30墙体净高，且120mm；无边框时，剪力墙厚度/25层高，且140mm.3墙体配筋 墙体厚度200mm，可单层配筋；墙体厚度200mm，应双层配筋；山墙及相邻第一道内横墙、楼电梯间及内纵墙应双层配筋。共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University根据(gnj)洞口的有无、大小、形状和位置等，剪力墙主要可

35、划分为以下几类： 整截面墙联肢墙壁式框架整体小开口墙3.4 剪力墙的主要(zhyo)构造要求4 剪力墙的开洞共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University1）整截面(jimin)墙： 几何(j h)判定：（1）剪力墙无洞口；（2）有洞口，墙面洞口面积不大于墙面总面积的16%，且洞口间的净距及洞口至墙边的距离均大于洞口长边尺寸。 受力特点： 可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件。 3.4 剪力墙的主要构造要求整截面墙共四十九页 Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University Southwest Jiaotong University2）整体(zhngt)小开口墙： 几何判定：（1）洞口稍大一些，且洞口沿竖向成列布置， （2）洞口面积超过(chogu)墙面总面积的16%，但洞口对 剪力墙的受力影响仍较小。受力特点： 在水平荷载下，