建筑结构选型之剪力墙结构体系

第四章剪力墙结构体系４-1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”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４.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、框支剪力墙结结构底层作商店或停车车场而需要大空间间的旅馆或住宅缺点：房屋刚度突突变1。把框架层扩展展到2~3层，层层高逐渐变化，使使刚度逐渐减弱而而避免突变2。在框架的最上上面一层设置设备备层，作为刚度的的过渡层3。尽可能把一部部分剪力墙伸到底层以加强强整个房屋的刚度避免房屋刚度突变变的措施：结构转换层：水平平结构，梁很大，，一两个楼层高作用：过渡，改变变下方楼层柱子的的排列，或者过渡渡上下层剪力墙的的不同位置，以此此获得特别的楼层层柱网－－创造大大空间并将上部荷荷载传递到下面相相对少而大的几根根柱或几片墙上跳层剪力墙结构图例：大间距剪力力墙体系（住宅））上海仙霞村点式住住宅大间距方案：墙体体长度由242m减少到到174m。板厚120mm增增到140mm。。24层住宅每栋节节约造价：45万元。抗震性能加强。图例：剪力墙体体系（实例）大小间距墙体方案案的地震反应比较较１概念：在框架体体系的房屋中设置置一些剪力墙来代代替部分框架２特点：以框架结结构为主，以剪力力墙为辅助补救框框架结构的不足的的半刚性结构。剪力墙承担大部分的水平平荷载，框架以负担竖向荷载为主三、框架-剪力墙墙结构３受力变形特点４、框架－剪力墙墙结构的类型(1)框架－剪力力墙结构适用范围：１５～～２５层，H/B不宜大于4~5适用范围：25层以下的房屋屋，最高不宜超过过30层地震区的五层以上上的工业厂房由于剪力墙的存在在，一定程度上限限制了建筑平面布布置的灵活性，这这种体系用于旅馆馆、公寓、住宅等等建筑最为适宜框—筒结构：平面剪力墙发展展---空间薄壁壁筒体四、筒体结构１.特点：将剪力墙集中到到房屋的内部或或外部形成封闭闭的筒体筒体在水平荷载载作用下好像一一个竖向悬臂空空心柱体，结构构空间刚度极大大，抗扭性能也也好剪力墙集中布置置不妨碍房屋的的使用空间，建建筑平面布置灵灵活，适用于各各种高层公共建建筑和商业建筑筑实腹筒框框筒桁桁架筒筒筒中筒2筒体的基本本形式3筒体结构的的类型根据建筑高度不不同，可采用不不同筒体结构形形式内筒体：将电梯井、楼楼体井、管道井井、服务间等集集中成为一个核核心筒体。外筒体：四周外墙由密密排窗框诸与窗窗间墙梁组成---多孔墙体体。建筑物内部部可不设剪力墙墙。筒中筒：内筒体与外筒筒体相结合多筒体组合：根据建筑筑平面要求可采采用：多重套筒，组合合筒---几个个筒体由楼板联联合束筒---若干干个筒体成束状状结构，筒体可可错落不齐。内筒体中央核心筒式利用房屋中的电电梯井、楼梯间间、管道井以及及服务间作为核核心筒体尽端核心筒式利用房屋中的电电梯井、楼梯间间、管道井以及及服务间作为核核心筒体外筒体利用四周外墙作作为外筒体，形形成外筒的墙是是由外围间距较密的柱子子与每层楼面处处的身量刚性连连接在一起组成矩形网格样样子的墙体－－－框架筒外围柱距：１．．２２－３ｍ深梁高度：６００ｃｍ－１２２２ｃｍ３０层以下外筒体五筒中筒结构构３０层以上，不不宜超过８０层层筒中筒结构：薄壁内筒与密密柱外框筒相结结合内筒体：筒体与与竖向通道结合合外筒体：密柱外外框筒，与建筑筑立面结合大筒体—地震后连梁破坏坏,形成四个小筒体体框筒及桁架筒做做为外筒，实腹腹筒做为内筒，，形成筒中筒结结构，筒体结构构属于空间受力力体系（1）变形特点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）受力特点点框筒结构是具有箱形截面面的悬臂构件，，柱子分为受拉拉和受压柱，形形成受拉翼缘框框架和受压翼缘缘框架。2、筒体的主要要特点将筒的四壁做成成桁架，就形成成桁架筒。桁架为轴向受力力，与框架相比比，更节省材料料香港的中国银行采用了钢斜撑、、钢梁以及钢骨骨钢筋混凝土柱柱组成的空间桁桁架体系，建成成后在世界高层层建筑中高度名名列第五。３、桁架筒的受受力特点图例：巨型结构构（香港中国银银行）香港中国银行大大厦结构形式1。地上上70层层，315m，，底平面面正方形形52*52m2。沿对对角线分分四各三三角形，，每隔若若干层切切去一各各三角形形。3。44层以上上平面为为三角形形。4。主体体结构为为8榀巨巨型桁架架5。各巨巨型桁架架交点设设型钢混混凝土大大型立柱柱，四角角立柱底底面尺寸寸4。8*4。。1m6。正方方形中心心立柱从从屋顶向向下通到到25层层。六．多筒筒体系―――成束束筒及巨巨形框架架结构使用条件件：当建建筑高度度或其平平面尺寸寸进一步步加大，，以至于于框筒或或筒中筒筒结构无无法满足足抗侧力力刚度要要求时，，必须采采用多筒筒体系1、成束筒两个以上上框筒（（或其它它筒体））排列在在一起成成束状，，称为成束筒。优点：结构的刚刚度和承承载能力力比筒中中筒结构构有所提提高，沿沿高度方方向，还还可以逐逐个减少少筒的个个数，分分段减少少建筑平平面尺寸寸，结构构刚度逐逐渐变化化有效地减减少外筒筒翼缘框框架中的的剪力滞滞后现象象，使内内筒或内内部柱子子充分发发挥作用用2、巨形形框架利用筒体作为柱子，在各筒筒体之间间每隔数数层用巨形梁相连，巨巨型梁每每隔几层层或十几几层楼设设置一道道，截面面一般为为一层或或几层高高，筒体体和巨型型梁即形形成巨型型框架巨型结构构体系特点：超越一般般结构概概念一般结构构的截面面尺寸与与层高相相关巨型结构构：由两两级结构构组成第一级：：结构超超越楼层层划分，，形成跨跨越几个个楼层的的巨柱以以及一层层空间的的巨梁巨型框架架结构巨型桁架架结构第二级：：巨型框框架或桁桁架间为为一般框框架结构构（小型型柱、梁梁与楼板板）。在巨型层层底下，，可设无无柱大空空间。巨型结构构外露与与建筑立立面相结结合空间利用用灵活施工速度度快，巨巨型主框框架施工工后，各各层可同同时施工工巨型框架架---巨型开开洞形成气流通道道，减小风压压1巨型框架架结构（8））新加坡华侨银银行1巨型框架架结构（9））新加坡华侨银银行1巨型框架架结构（5））东京市政厅大大厦台台湾高雄银行行上海证券大大厦位于浦浦东新区陆陆家嘴金融融贸易区，，是一个多多功能性质质的综合建建筑，主要要由证券交交易厅和综综合办公楼楼以及其他他商业、服服务设施等等组成，地地上建筑30层，地下3层，总高120m，总投资1.48亿美元，地地上建筑面面积为79086m2，地面以下建建筑面积16753m2，为巨型框架架-支撑外露体体系。上海证券大大厦图例：巨型型结构（深深圳亚洲大大酒店）深圳大酒店店结构形式式1地下一一层、地上上33层，，高114。1m2建筑平平面中心部部位的三角角形芯筒与与三个翼肢肢的端筒形形成主框架架立柱。3每隔6层设置主主框架箱型型大梁。4次框架架6层、顶顶层为无柱柱空间、其其它柱距4。0m。。图例：深圳圳大酒店大大厦结构平平面图例：巨型型结构（深深圳新华大大厦）深圳新华大大厦结构形形式1。正方方形平面，，地上35层。2。主体结结构芯筒与与外圈大型型框架组成成。3。平面四四角大截面面双肢柱作作为四边主主框架四根根角柱在主框架大大梁间设置置3—10层此框架架。结构体系选选择主要考虑因因素建筑物高度度----结构抗侧侧刚度与抗抗震性能建筑物用途途----建筑平面面布置，空空间利用要要求高层的控制制因素水平荷载和和刚度而不不是竖向荷荷载和强度度抗侧移能力力砖混结构－－框架结构构－框剪结结构－剪力力墙结构－－框筒结构构－筒中筒筒结构－成成束筒结构构－巨型框框架结构各种结构体体系的适用用层数：框架结构——15层以以下（最经经济为10层）框架-剪力力墙结构——30层以以下（最适适宜为11~25层层）剪力墙结构构--40层以下（（最适宜为为16~40层）框筒结构——30层以以下筒中筒结构构—30层层以上的超超高层房屋适用的的最大高度度与结构体体系房屋类型与与结构体系系剪力墙布置置考虑结构构、建筑需需求结构要求：：剪力墙面积积复合刚度度要求刚度中心与与几何中心心尽量符合合同时纵向与与横向刚度度增强建筑要求：：利用山墙、、电梯井、、楼体井周周围墙体作作剪力墙剪力墙体与与框架轴线线复合第三节剪剪力墙的形形状和位置置一、剪力墙墙的形状剪力墙对水水平荷载的的反应与其其形状有关关开口的—1型、L型型、Z型、、槽型、I型、T型型封闭的—方方形、三角角形、圆形形二、剪力墙墙的布置原原则（一）总则则1.房屋平平立面体型型要简单均均匀。2.剪力墙墙应合理地地，应可能能地离开房房屋重心3.剪力墙墙布置要对对称，以减减少结构的的扭转效应应。当不能能对称时，，也要使刚刚度中心尽尽量和质量量中心接近近，以减少少地震力产产生的扭矩矩。4.剪力墙应上上下层位置对齐齐，而且宜贯通通房屋全高。5.应尽可能采采取措施增加剪剪力墙承担的竖竖向荷载。6.在非地震区区，可根据建筑筑物迎风面大小小、风力大小设设置剪力墙，纵纵横两个方向剪剪力墙数量可以以不同。在地震震区，由于两个个方向的地震力力接近，在纵、、横方向上布置置的剪力墙数量量要尽量接近。。（二）全剪体系系的剪力墙布置置纵横向剪力墙布布置应均衡。横横向剪力墙短而而数量多，间距距一般6~8m。纵向剪力墙一般般设2~4道。。当形状任意时，，在受力复杂处处，剪力墙还应应加密一些。（三）框-剪体体系的剪力墙布布置剪力墙数量以满足位移限制为为宜,剪力墙数量约5~12cm/m2建筑面积剪力墙的布置及间间距将剪力墙分散一些些，当做成单片墙墙时，不宜少于3道，最好是做成成筒体形状剪力墙间距不宜过过大：现浇楼板，剪力墙墙间距L<=4B预制楼板，剪力墙墙间距L<=2.5B（4）在两片剪力力墙（或两筒体））之间布置框架时时，楼盖必须有足足够的平面内刚度度，才能将水平剪剪力传递到两端的的剪力墙上去，发发挥剪力墙为主要要抗侧力结构的作作用。一般现浇钢筋混凝凝土楼盖L／B不不能大于4.0；；装配式钢筋混凝土土楼盖L／B不能能大于3.0；两种框架-剪力墙墙体系结构布置方方式1柱网和剪力墙正正交布置房屋平面形状由矩矩形单元正交组合合的情形（1）横向设置剪剪力墙（2）纵横向均设设置剪力墙在抗震设防区一般般采用纵横向均设设置剪力墙的布置置当房屋较高而框架架在纵横向刚度都都较差时尽可能把两个方向向的剪力墙组合在在一起剪力墙在平面内的的位置尽量拉开距距离2。柱网和剪力墙墙任意布置房屋平面形状任意意时，剪力墙和柱柱网就不能采用正正交布置柱网和剪力墙任意意布置时，剪力墙墙布置应注意以下下几点：（1）横向剪力墙墙应布置在平面形形状或刚度变化处处以及靠近房屋区区段的两端（2）纵向剪力墙墙如布置在较长房房屋的两端且相距距较远时，应进行行温度应力验算，，并采取设置施工工缝等措施，以减减少温度和收缩应应力（3）剪力墙的数数量要得当，过多多地布置剪力墙，，并不能减少框架架受力，反而增加加了剪力墙的用量量（4）为了保证楼楼板刚度，剪力墙墙间距不宜过大4-4剪力墙的的主要构造要求一、剪力墙的材料料现浇钢筋混凝土，，混凝土强度等级级不应低于C20二、剪力墙的厚度度按一级抗震等级设设计时不应小于楼楼层高度的1/20，且不应小小于160mm；；按二、三、四级抗抗震等级和非抗震震设计时不应小于于楼层高度的1/25，且不应小小于140mm。有边框时，剪力墙墙的厚度不应小于于墙体净高的1/30，且不应应小于120mm；无边框时，剪力墙墙的厚度不应小于于楼层高度的1/25，且不应小小于140mm。三、剪力墙的配筋筋剪力墙厚度<200mm时，可单单层配筋。剪力墙厚度>=200mm时，应应双层配筋。山墙及相邻第一道道内横墙，楼梯间间或电梯间墙及内内纵墙等都应双层层配筋。在剪力墙上往往需需要开门窗或设备备要求所需要的孔孔洞根据洞口的分布和和大小的不同，可可将剪力墙分为以以下几类：整体剪力墙整体小开口墙联肢剪力墙多联单独剪力墙开有不规则大洞口口的剪力墙四、剪力墙的开洞洞整体弯曲应力局部弯曲应力开洞原则：尽量不开洞，少开开洞或开小洞。门窗洞口应尽量做做到上下对齐，大大小相同。洞口之间的联系梁梁应有足够的高度度，以加强左右右两段剪力墙的整整体工作洞口应尽量远离墙墙体边缘。内横墙开洞时，洞洞边离外纵墙内边边距离>=30cm内纵墙开洞时，洞洞边离山墙内边距距离>=200cm内纵墙与内横墙交交叉处不要四边同同时开洞，以免出出现“四侧无拉结结”的现象种类：沉降缝、伸缩缝或防震缝区别：伸缩缝和防震缝仅仅将基础以上的房屋分开，而沉降降缝则将房屋连同基础一起分开原则：在高层建筑中，目目前的总趋势是避免设缝，并从总体布置上上或构造上采取一一些相应的措施来来减少沉降差、温温度收缩和体型复复杂引起的问题。。第五节变形缝的的设置与构造沉降裂缝：形状：斜的，由下下向沉降较大的一一侧升高地点：土质松软、土层变变化较大处基础处理方法不同同处房屋在高度、重量量、刚度有较大变变化处房屋平面形状变化化的凹角处1、沉降缝（1）建筑物建在在不同的地基土壤壤上；（2）当同一建筑筑物相邻高度相差差在两层以上或部部分高度差超过10m时；（3）当建筑物部部分的基础底部压压力值有较大差别别时；（4）原有建筑物物与新建建筑物之之间；（5）当相邻的基基础宽度和埋置深深度相差悬殊时；；（6）平面形状较较复杂的建筑物，，分成几个形状。。沉降缝缝宽：见下下表，一般为30~70mm设置条件：断开构件：基础及及其以上2.沉降缝构造造墙体、楼地层、屋顶：：和伸缩缝相似，，缝宽加大，采用用镀锌铁皮调节；；基础：双墙方案悬挑方案（三）防震缝：防防止地震对建筑筑物破坏1.设置条件：：（1）房屋高差在在6m以上（2）房屋有错层层，且楼板高差较较大（3）各部分结构构刚度截然不同时时设沉降缝目的：避免地基不不均匀沉降时在房房屋构件中产生裂裂缝方法：将结构从屋顶到基基础整个断开，使使各部分自由沉降降，以避免由沉降降差引起的附加应应力对结构的危害害。不设沉降缝时，将将高低部分的结构构及其基础连成整整体，同时采取一一些相应减小沉降降差的措施：①利用压缩性小的的地基，减小总沉沉降量及沉降差；；②高层与低层结构构之间设后浇施工工缝；A.主体和裙房采采用不同的基础形形式B.先施工主楼并并发生沉降后，再再施工裙房③将裙房做在悬挑挑基础上；目的：避免温度和混凝土土收缩应力使房屋屋构件产生裂缝由于温度变化而引引起的结构内力称称温度应力(2)伸缩缝为了消除温度和收收缩对结构造成的的危害，混凝土结结构规范规定了结结