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第四章 剪力墙结构体系.ppt

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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”,,,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、框支剪力墙结构,底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅,缺点:房屋刚度突变,1。把框架层扩展到2~3层,层高逐渐变化,使刚度逐渐减弱而避免突变 2。在框架的最上面一层设置设备层,作为刚度的过渡层 3。尽可能把一部分剪力 墙伸到底层以加强整个房 屋的刚度,避免房屋刚度突变的措施:,结构转换层:水平结构,梁很大,一两个楼层高 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,跳层剪力墙结构,图例:大间距剪力墙体系(住宅),上海仙霞村点式住宅 大间距方案:墙体长度 由242m减少到174m。 板厚120mm增到140mm。 24层住宅每栋节约造价: 45万元。 抗震性能加强。,图例: 剪力墙体系(实例),,大小间距墙体方案的地震反应比较,1概念:在框架体系的房屋中设置一些剪力墙来代替部分框架 2特点:以框架结构为主,以剪力墙为辅助补救框架结构的不足的半刚性结构。 剪力墙承担大部分的水平荷载, 框架以负担竖 向荷载为主,三、框架-剪力墙结构,3受力变形特点,4、框架-剪力墙结构的类型,(1)框架-剪力墙结构,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,最高不宜超过30层 地震区的五层以上的工业厂房 由于剪力墙的存在,一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性,这种体系用于旅馆、公寓、住宅等建筑最为适宜,,,,框—筒结构:平面剪力墙发展---空间薄壁筒体,四、筒体结构,1.特点: 将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体 筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体,结构空间刚度极大,抗扭性能也好 剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间,建筑平面布置灵活,适用于各种高层公共建筑和商业建筑,,,实腹筒 框筒 桁架筒 筒中筒,2 筒体的基本形式,,3 筒体结构的类型,根据建筑高度不同,可采用不同筒体结构形式 内筒体:将电梯井、楼体井、管道井、服务间等集中成为一个核心筒体。 外筒体:四周外墙由密排窗框诸与窗间墙梁组成---多孔墙体。建筑物内部可不设剪力墙。 筒中筒:内筒体与外筒体相结合 多筒体组合:根据建筑平面要求可采用: 多重套筒,组合筒---几个筒体由楼板联合 束筒---若干个筒体成束状结构,筒体可错落不齐。,,内筒体,中央核心筒式 利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体,,尽端核心筒式 利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作为核心筒体,外筒体,,利用四周外墙作为外筒体,形成外筒的墙是由外围 间距较密的柱子与每层楼面处的身量刚性连接在一起 组成矩形网格样子的墙体--框架筒 外围柱距:1.22-3m 深梁高度:60cm-122cm 30层以下,外筒体,,五 筒中筒结构,30层以上,不宜超过80层,筒中筒结构:薄壁内筒与密柱外框筒相结合 内筒体:筒体与竖向通道结合 外筒体:密柱外框筒,与建筑立面结合,大筒体— 地震后连梁破坏, 形成四个小筒体,,框筒及桁架筒做为外筒,实腹筒做为内筒,形成筒中筒结构,筒体结构属于空间受力体系 (1)变形特点 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 框筒结构是具有箱形截面的悬臂构件,柱子分为受拉和受压柱,形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架。,2、筒体的主要特点,将筒的四壁做成桁架,就形成桁架筒。 桁架为轴向受力,与框架相比,更节省材料 香港的中国银行采用了钢斜撑、钢梁以及钢骨钢筋混凝土柱组成的空间桁架体系,建成后在世界高层建筑中高度名列第五。,3、桁架筒的受力特点,图例:巨型结构(香港中国银行),香港中国银行大厦结构形式,1。地上70层,315m,底平面正方形52*52m 2。沿对角线分四各三角形,每隔若干层切去一各三角形。 3。44层以上平面为三角形。 4。主体结构为8榀巨型桁架 5。各巨型桁架交点设型钢混凝土大型立柱,四角立柱底面尺寸4。8*4。1m 6。正方形中心立柱从屋顶向下通到25层。,六.多筒体系――成束筒及巨形框架结构,使用条件:当建筑高度或其平面尺寸进一步加大,以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力刚度要求时,必须采用多筒体系 1、成束筒 两个以上框筒(或其它筒体)排列在一起成束状,称为成束筒。,优点: 结构的刚度和承载能力比筒中筒结构有所提高,沿高度方向,还可以逐个减少筒的个数,分段减少建筑平面尺寸,结构刚度逐渐变化 有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后现象,使内筒或内部柱子充分发挥作用,,2、巨形框架 利用筒体作为柱子,在各筒体之间每隔数层用巨形梁相连,巨型梁每隔几层或十几层楼设置一道,截面一般为一层或几层高,筒体和巨型梁即形成巨型框架,,,巨型结构体系,特点:超越一般结构概念 一般结构的截面尺寸与层高相关巨型结构:由两级结构组成 第一级:结构超越楼层划分,形成跨越几个楼层的巨柱以及一层空间的巨梁 巨型框架结构 巨型桁架结构 第二级:巨型框架或桁架间为一般框架结构(小型柱、梁与楼板)。 在巨型层底下,可设无柱大空间。,巨型结构外露与建筑立面相结合 空间利用灵活 施工速度快,巨型主框架施工后,各层可同时施工 巨型框架---巨型开洞 形成气流通道,减小风压,1 巨型框架结构(8),新加坡华侨银行,1 巨型框架结构(9),新加坡华侨银行,1 巨型框架结构(5),东京市政厅大厦 台湾高雄银行,上海证券大厦位于浦东新区陆家嘴金融贸易区,是一个多功能性质的综合建筑,主要由证券交易厅和综合办公楼以及其他商业、服务设施等组成,地上建筑30层,地下3层,总高120m,总投资1.48亿美元,地上建筑面积为79086m2,地面以下建筑面积16753m2,为巨型框架-支撑外露体系。,上海证券大厦,图例:巨型结构(深圳亚洲大酒店),深圳大酒店结构形式,1 地下一层、地上33层,高114。1m 2 建筑平面中心部位的三角形芯筒与三个翼肢的端筒形成主框架立柱。 3 每隔6层设置主框架箱型大梁。 4 次框架6层、顶层为无柱空间、其它柱距4。0m。,图例:深圳大酒店大厦结构平面,图例:巨型结构(深圳新华大厦),,深圳新华大厦结构形式,1 。正方形平面,地上35层。 2。主体结构芯筒与外圈大型框架组成。 3。平面四角大截面双肢柱作为四边主框架四根角柱 在主框架大梁间设置3—10层此框架。,结构体系选择,主要考虑因素 建筑物高度----结构抗侧刚度与抗震性能 建筑物用途----建筑平面布置,空间利用要求 高层的控制因素 水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度 抗侧移能力 砖混结构-框架结构-框剪结构-剪力墙结构-框筒结构-筒中筒结构-成束筒结构-巨型框架结构,各种结构体系的适用层数: 框架结构—15层以下(最经济为10层) 框架-剪力墙结构—30层以下(最适宜为11~25层) 剪力墙结构--40层以下(最适宜为16~40层) 框筒结构—30层以下 筒中筒结构—30层以上的超高层,房屋适用的最大高度与结构体系,房屋类型与结构体系,剪力墙布置考虑结构、建筑需求 结构要求: 剪力墙面积复合刚度要求 刚度中心与几何中心尽量符合 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 剪力墙体与框架轴线复合,第三节 剪力墙的形状和位置,一、剪力墙的形状 剪力墙对水平荷载的反应与其形状有关 开口的—1型、L型、Z型、槽型、I型、T型 封闭的—方形、三角形、圆形,二、剪力墙的布置原则,(一)总则 1.房屋平立面体型要简单均匀。 2.剪力墙应合理地,应可能地离开房屋重心,,3.剪力墙布置要对称,以减少结构的扭转效应。当不能对称时,也要使刚度中心尽量和质量中心接近,以减少地震力产生的扭矩。,4.剪力墙应上下层位置对齐,而且宜贯通房屋全高。,5.应尽可能采取措施增加剪力墙承担的竖向荷载。6.在非地震区,可根据建筑物迎风面大小、风力大小设置剪力墙,纵横两个方向剪力墙数量可以不同。在地震区,由于两个方向的地震力接近,在纵、横方向上布置的剪力墙数量要尽量接近。,(二)全剪体系的剪力墙布置,纵横向剪力墙布置应均衡。横向剪力墙短而数量多,间距一般6~8m。 纵向剪力墙一般设2~4道。,当形状任意时,在受力复杂处,剪力墙还应加密一些。,(三)框-剪体系的剪力墙布置,剪力墙数量 以满足位移限制为宜,剪力墙数量约5~12cm/m2建筑面积 剪力墙的布置及间距 将剪力墙分散一些,当做成单片墙时,不宜少于3道,最好是做成筒体形状 剪力墙间距不宜过大: 现浇楼板,剪力墙间距L=4B 预制楼板,剪力墙间距L=2.5B,,(4)在两片剪力墙(或两筒体)之间布置框架时,楼盖必须有足够的平面内刚度,才能将水平剪力传递到两端的剪力墙上去,发挥剪力墙为主要抗侧力结构的作用。一般现浇钢筋混凝土楼盖L/B不能大于4.0; 装配式钢筋混凝土楼盖L/B不能大于3.0;,两种框架-剪力墙体系结构布置方式,1柱网和剪力墙正交布置 房屋平面形状由矩形单元正交组合的情形 (1)横向设置剪力墙,,,(2)纵横向均设置剪力墙 在抗震设防区一般采用纵横向均设置剪力墙的布置 当房屋较高而框架在纵横向刚度都较差时 尽可能把两个方向的剪力墙组合在一起 剪力墙在平面内的位置尽量拉开距离,,2。柱网和剪力墙任意布置,房屋平面形状任意时,剪力墙和柱网就不能采用正交布置,柱网和剪力墙任意布置时,剪力墙布置应注意以下几点: (1)横向剪力墙应布置在平面形状或刚度变化处以及靠近房屋区段的两端,(2)纵向剪力墙如布置在较长房屋的两端且相距较远时,应进行温度应力验算,并采取设置施工缝等措施,以减少温度和收缩应力 (3)剪力墙的数量要得当,过多地布置剪力墙,并不能减少框架受力,反而增加了剪力墙的用量,(4)为了保证楼板刚度,剪力墙间距不宜过大,4-4 剪力墙的主要构造要求,一、剪力墙的材料 现浇钢筋混凝土,混凝土强度等级不应低于C20 二、剪力墙的厚度 按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20, 且不应小于160mm; 按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25,且不应小于 140mm。 有边框时,剪力墙的厚度不应小于墙体净高的1/30 ,且不应小于 120mm ; 无边框时,剪力墙的厚度不应小于楼层高度的1/25,且不应小于 140mm。,三、剪力墙的配筋 剪力墙厚度=200mm时,应双层配筋。 山墙及相邻第一道内横墙,楼梯间或电梯间墙及内纵墙等都应双层配筋。,在剪力墙上往往需要开门窗或设备要求所需要的孔洞 根据洞口的分布和大小的不同,可将剪力墙分为以下几类: 整体剪力墙 整体小开口墙 联肢剪力墙 多联单独剪力墙 开有不规则大洞口的剪力墙,四、剪力墙的开洞,,,,开洞原则: 尽量不开洞,少开洞或开小洞。,门窗洞口应尽量做到上下对齐,大小相同。,,洞口之间的联系梁应有足够的高度 ,以加强左右两段剪力墙的整体工作,洞口应尽量远离墙体边缘。 内横墙开洞时,洞边离外纵墙内边距离=30cm 内纵墙开洞时,洞边离山墙内边距离=200cm 内纵墙与内横墙交叉处不要四边同时开洞,以免出现“四侧无拉结”的现象,,,种类:沉降缝、伸缩缝或防震缝 区别:伸缩缝和防震缝仅将基础以上的 房屋分开,而沉降缝则将房屋连 同基础一起分开原则:在高层建筑中,目前的总趋势是避免设缝,并从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少沉降差、温度收缩和体型复杂引起的问题。,第五节 变形缝的设置与构造,沉降裂缝: 形状:斜的,由下向沉降较大的一侧升高 地点: 土质松软、土层变化较大处 基础处理方法不同处 房屋在高度、重量、刚度有较大变化处 房屋平面形状变化的凹角处,1、沉降缝,(1)建筑物建在不同的地基土壤上; (2)当同一建筑物相邻高度相差在两层以上或部分高度差超过10m时; (3)当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时; (4)原有建筑物与新建建筑物之间; (5)当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时; (6)平面形状较复杂的建筑物,分成几个形状。沉降缝缝宽:见下表,一般为30~70mm,设置条件:,断开构件:基础及其以上2. 沉降缝构造墙体、楼地层、屋顶:和伸缩缝相似,缝宽加大,采用镀锌铁皮调节;基础:双墙方案悬挑方案 (三)防震缝: 防止地震对建筑物破坏1. 设置条件:(1)房屋高差在6m以上(2)房屋有错层,且楼板高差较大(3)各部分结构刚度截然不同时,,,设沉降缝目的:避免地基不均匀沉降时在房屋构件中产生裂缝方法:将结构从屋顶到基础整个断开,使各部分自由沉降,以避免由沉降差引起的附加应力对结构的危害。,不设沉降缝时,将高低部分的结构及其基础连成整体,同时采取一些相应减小沉降差的措施:①利用压缩性小的地基,减小总沉降量及沉降差;②高层与低层结构之间设后浇施工缝;A.主体和裙房采用不同的基础形式B.先施工主楼并发生沉降后,再施工裙房,③将裙房做在悬挑基础上;,目的:避免温度和混凝土收缩应力使房屋构件产生裂缝 由于温度变化而引起的结构内力称温度应力,(2)伸缩缝,为了消除温度和收缩对结构造成的危害,混凝土结构规范规定了结构温度区段的长度。表1-4 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距,,,不设伸缩缝,需采取的几种措施: ①设后浇缝(后浇带) ②设控制缝 ③局部设伸缩缝 ④从布置及构造方面采取措施减少温度应力的影响双层屋顶高低错落屋顶,,,幻灯片 77,,当房屋平面复杂、不对称或房屋和部分刚度、高度和重量相差悬殊时,在地震力作用下,房屋会产生扭转及复杂的振动状态,在连接薄弱部位会造成震害。为了避免这种震害,就要采取设置防震缝的措施。,(3)防震缝,在房屋的下列部位应设防震缝: ①建筑平面突出部分较长处(如L形、T型、I形、H形、U形平面等);②房屋有错层,且楼面高较大处; ③房屋各部分的刚度、高度及重量相差悬殊处。,防震缝缝宽:与设防等级有关 (1)房屋高度在15m及其以下时取70mm; (2)房屋高度超过15m时a. 设防烈度为7度,高度每增加4m,缝宽增加20mm;b.设防烈度为8度,高度每增加3m,缝宽增加20mm;c.设防烈度为9度,高度每增加2m,缝宽增加20mm。,表1-5 防震缝的最小宽度注:表中H为相邻结构单元较低的屋面高度(m),,避免设缝的方法: 采用平面布置简单、长度不大的塔式楼; 通过加强连接的措施把各个突出的部分连成整体。,
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