结构选型4-剪力墙结构

建筑结构选型交通学院路桥工程系2012-09建筑结构选型——剪力墙结构建筑结构选型建筑结构选型建筑结构选型建筑结构选型建筑结构选型剪力墙是一种抵抗竖向荷载引起的轴向作用和风、地震等水平荷载4.1剪力墙结构的概念4.1.1概述①剪力墙是建筑物的承重墙，同时也是围护墙和分隔墙，因此，剪力墙的布置必须满足建筑平面布置和结构布置的要求。②剪力墙有较强的承载能力，同时也具有很好的整体性和空间③受剪力墙间距的限制，建筑物的平面开间布置不灵活，所以建筑结构选型剪力墙，一般为刚度较大的钢筋混凝土的墙片。此墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。这种墙片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”。随着房屋高度的增加，所需的抗侧力刚度也相应增长。为了满足高层房屋对刚度的要求，必须运用”剪力墙”组成的新型结构体系。建筑结构选型建筑结构选型建筑结构选型框架－剪力墙结构框架结构中设置部份剪力墙，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部份水平力，框架则以承担竖向荷载为主。钢筋砼框-剪结构高度一般为80～130m裙房为框架剪力墙结构框架－剪力墙结构的构造主楼钢筋砼剪力墙结构剪力墙结构体系：框架－剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒体结构。建筑结构选型广州中信大厦高391m，框架-剪力墙结构，1997年建成，由一幢80层的商业大楼和两幢38层的酒店式公寓组成，集写字楼、公寓、商场、会所于一体的甲级综合智能型大厦。建筑结构选型地上33层、地下1层，高106.6m，采用钢筋砼剪力墙结构，是我国第一座超过100m的高层建筑。剪力墙结构当房屋的层数更高时，横向水平荷载对结构设计起控制作用，采用纵横布置的剪力墙承受全部水平荷载和竖向荷载显然更趋合理。广州白云宾馆剪力墙结构因其空间分隔固定，建筑布置极不灵活，一般用于高层住宅，宾馆等建筑建筑结构选型北京兆龙饭店地上22层，高度71.8m，是典型的框支剪力墙结构。框支剪力墙结构高层建筑中常遇到：底部需要大开间开设商店宜采用框架结构；上部用于住宅或写字楼宜采用剪力墙结构。这时需设置巨形的转换层将两种结构组合在一起，这种结构称之为框支剪力墙结构。框支剪力墙结构中的转换层因接近一个层高，常做成设备层，因其上部刚度大、下部刚度较弱，对抗震设防不利，在抗震设防区应慎用建筑结构选型中央核心筒式端核心筒式外筒式筒体结构利用房屋四周墙体组成一个或多个封闭筒体作为主要抵抗水平荷载的结构，适用于超高层建筑结构。筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁筒体系和成束筒体系建筑结构选型上海金茂大厦高420m，地上88层、地下4层。利用钢筋砼作核心筒，外框架则为钢骨砼柱和钢柱、钢梁组合的混合结构。1998年建成，是典型的框筒结构。3.7筒体结构建筑结构选型广东国际大厦高200.18m，地上63层、地下4层。外筒为31.1×37m的矩形平面，典型的钢筋砼筒中筒结构，6层以上楼板采用无粘结预应力平板，1990年建成。是世界上应用无粘结预应力楼板最多、高度最高的建筑。3.7筒体结构建筑结构选型美国世界贸易中心由两座方柱形塔楼组成，边长均为63.5m。北楼高417m，南楼高415m，均为地上110层、地下六层，全钢结构。是典型的筒中筒结构，1973年建成。3.7筒体结构建筑结构选型香港中银大厦平面为52×52m的正方形，72层，高319m，上部结构为4个巨形三角形桁架，斜腹杆为钢结构，竖杆为钢筋砼结构，巨形桁架支承在底部三层高的巨大钢筋砼框架上，由4根巨形柱将全部荷载传至基础。是典型的桁架筒结构，1990年建成。这可是著名华裔建筑师贝聿铭的设计作品建筑结构选型美国西尔斯大厦高443m，共110层，建筑面积41.38万平方米。标准层为九个23m×23m成束筒结构。全钢结构，1974年建于芝加哥。3.7筒体结构建筑结构选型4.2剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围4.2.1剪力墙的分类1、按施工工艺分(1)大模现浇剪力墙结构体系；(2)滑模现浇剪力墙结构体系；(3)全装配大板结构体系；(4)内浇外挂剪力墙结构体系。2、按剪力墙的整体性（墙体开洞大小）(1)整体剪力墙(2)整体小开口剪力墙(3)联肢剪力墙(4)壁式框架(5)框支剪力墙(6)错洞剪力墙(7)带小墙肢的剪力墙建筑结构选型根据洞口的有无、大小、形状和位置等，可划分为以下几类：整截面墙联肢墙壁式框架整体小开口墙2、按剪力墙的整体性建筑结构选型1）整截面墙几何判定：（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。整截面墙建筑结构选型2）整体小开口墙几何判定：（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，由于洞口的存在，墙肢中已出现局部弯曲，其截面应力可认为由墙体的整体弯曲和局部弯曲二者叠加组成，截面变形仍接近于整截面墙。整体小开口墙建筑结构选型3）联肢墙：几何判定：沿竖向开有一列或多列较大的洞口，可以简化为若干个单肢剪力墙或墙肢与一系列连梁联结起来组成。受力特点：连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布。联肢剪力墙建筑结构选型4）壁式框架：几何判定：当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽，墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或大于墙肢的刚度。受力特点：与框架结构相类似。壁式框架建筑结构选型(6)错洞剪力墙(7)带小墙肢的剪力墙(5)框支剪力墙建筑结构选型4.2.2剪力墙体系的特点1、剪力墙结构体系的优点(1)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；(2)集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，合理利用材料；(3)抗震性能好，具有承受强烈地震裂而不易倒的良好性能；(4)用钢量较省；(5)与框架结构体系相比，施工相对简便与快速。2、剪力墙结构体系的缺点(1)墙体较密，平面布置和空间利用受限，难满足大空间要求；(2)自重大，抗侧刚度较大，自振周期短，产生较大的地震作用。建筑结构选型4.2.3剪力墙结构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1～3层把部分剪力墙改换为框架，其余剪力墙仍落至基础，使与其相接层次的刚度不发生太大的突变。建筑结构选型4.3剪力墙的形状和位置4.3.1剪力墙的形状除截面为一字形的以外，常将剪力墙结合建筑分隔或专门从受力角度考虑，设计为L形、Z形、T形、I形、[形以及封闭型的口形、△形、○形。建筑结构选型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，剪力墙应沿主轴方向布置；对于○形平面，则可沿径向布置成辐射状。建筑结构选型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d≤3bw(bw为墙厚度)时，或当墙体在平面上为转折形状、其转角α≤15°时，才可近似当作整体平面的剪力墙对待。建筑结构选型3、平面形状简单、规则、对称，墙体布置均匀，使质量中心与刚度中心尽量接近。4、尽量避免竖向刚度突变。沿竖向宜贯通全高，墙厚度沿竖向宜逐渐减薄，在同一结构单元内宜避免错层及局部夹层。5、全剪力墙体系宜把剪力墙布置均衡。横向剪力墙的间距，从经济考虑，不宜太密，一般不小于6～8m。纵向剪力墙一般设为二道、二道半、三道或四道。建筑结构选型6、对有抗震要求的建筑，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，受力复杂处，剪力墙适当加密。建筑结构选型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方案横墙承重方案：横墙间距即为楼板的跨度，通常剪力墙的间距为6～8m，较经济。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，而大梁又搁置在纵墙上，形成纵横墙共同承重方案。建筑结构选型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％。建筑结构选型12、落地剪力墙的间距L应满足的条件非抗震设计时：L≤3B，L≤36m(B为楼面宽度)抗震设计时：L≤2B，L≤24m(底部为1～2层框支层时)13、上下层剪力墙的刚度比γ宜尽量接近于l。非抗震设计时，γ不应大于3；抗震设计时，γ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，且不得在中柱上方设门洞。落地剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时宜布置在墙体的中部。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建筑结构选型16、框支梁、柱截面尺寸框支梁宽度≥2倍上层墙厚，且不小于400mm。框支梁高度：抗震设计，不应小于跨度的1／6；非抗震设计，不应小于跨度的1／8，框支柱的截面宽度宜与梁宽相等，也可比梁宽度大50。框支柱截面高度：不宜小于梁跨度的1／15；抗震设计，不宜小于450mm。17、框支梁、柱的混凝土等级均不应低于C30。建筑结构选型4.4剪力墙的主要构造4.4.1剪力墙的材料要求剪力墙的混凝土强度等级不应低于C20；剪力墙的配筋：墙厚度200mm，可单层配筋；墙厚≥200mm，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双层配筋4.4.2剪力墙的厚度要求一、二级抗震等级，墙厚≥1／20（层高），且≥160mm；三、四级和非抗震设计，≥1／25（层高），且≥160mm有边框即嵌在框架梁柱间时，墙厚≥墙体净高的l／30，且≥120mm。建筑结构选型4.4.3剪力墙所适应的最大高度和高宽比最大适应高度和高宽比应分为A级和B级(B级高度的高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽，其结构抗震等级、有关构造措施应按规范规定相应严格)。A级高度翦力墙建筑结构体系适用的最大高度(m)结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度全部落地剪力墙15014012010060部分框支剪力墙13012010080不应采用建筑结构选型4.4.4剪力墙墙体上开洞的基本要求(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》(JGJ3—2002)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：①一般错洞墙当必须采用错洞墙时，洞口错开距离不宜小于2m，如图所示建筑结构选型②叠合错洞墙抗震设计及非抗震设计中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。建筑结构选型③底层局部错洞墙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。建筑结构选型4.4.5框支剪力墙采用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。其震害特点为：这种结构在地震作用下往往由于上下刚度突变，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。建筑结构选型1）框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，这种结构亦称为带转换层高层建筑结构。2）破坏特点：带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。3）布置