建筑結(jié)構(gòu)選型之剪力墻結(jié)構(gòu)體系

第四章剪力墻結(jié)構(gòu)體系４-1剪力墻結(jié)構(gòu)的概念和結(jié)構(gòu)效能4-2剪力墻結(jié)構(gòu)體系的類型、特點和適用范圍4-3剪力墻的形狀和位置4-4剪力墻的主要構(gòu)造要求第一節(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)的概念和結(jié)構(gòu)效能4-2剪力墻結(jié)構(gòu)體系的類型、特點

和適用范圍剪力墻結(jié)構(gòu)體系的類型：１（純）剪力墻結(jié)構(gòu)２框支剪力墻結(jié)構(gòu)３框架-剪力墻結(jié)構(gòu)４筒體結(jié)構(gòu)1、概念利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。一、剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點:整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，承載力(強(qiáng)度)要求也容易滿足，房間內(nèi)無梁柱外露。缺點:剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的使用要求,結(jié)構(gòu)自重往往也較大。適用范圍：較小開間的住宅及旅館建筑，高層建筑。2、剪力墻的優(yōu)缺點及適用范圍3、剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特征彎曲型自底層向上，位移增量越來越大，與懸臂梁的彎曲變形曲線類似。故稱“彎曲型”剪力墻結(jié)構(gòu)自底層向上，位移增量越來越大，與懸臂梁的彎曲變形曲線類似。故稱“彎曲型”圖例：彎、剪變形特點４.適用范圍：房屋剛度比框架-剪力墻體系更好，適用的層數(shù)更高，層數(shù)超過25層的房屋宜采用全部剪力墻結(jié)構(gòu)理論上可達(dá)100~150層，但墻體太厚，不經(jīng)濟(jì)，以40層以下為宜二、框支剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)底層作商店或停車車場而需要大空間間的旅館或住宅缺點：房屋剛度突突變1。把框架層擴(kuò)展展到2~3層，層層高逐漸變化，使使剛度逐漸減弱而而避免突變2。在框架的最上上面一層設(shè)置設(shè)備備層，作為剛度的的過渡層3。盡可能把一部部分剪力墻伸到底層以加強(qiáng)強(qiáng)整個房屋的剛度避免房屋剛度突變變的措施：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層：水平平結(jié)構(gòu)，梁很大，，一兩個樓層高作用：過渡，改變變下方樓層柱子的的排列，或者過渡渡上下層剪力墻的的不同位置，以此此獲得特別的樓層層柱網(wǎng)－－創(chuàng)造大大空間并將上部荷荷載傳遞到下面相相對少而大的幾根根柱或幾片墻上跳層剪力墻結(jié)構(gòu)圖例：大間距剪力力墻體系（住宅））上海仙霞村點式住住宅大間距方案：墻體體長度由242m減少到到174m。板厚120mm增增到140mm。。24層住宅每棟節(jié)節(jié)約造價：45萬元。抗震性能加強(qiáng)。圖例：剪力墻體體系（實例）大小間距墻體方案案的地震反應(yīng)比較較１概念：在框架體體系的房屋中設(shè)置置一些剪力墻來代代替部分框架２特點：以框架結(jié)結(jié)構(gòu)為主，以剪力力墻為輔助補(bǔ)救框框架結(jié)構(gòu)的不足的的半剛性結(jié)構(gòu)。剪力墻承擔(dān)大部分的水平平荷載，框架以負(fù)擔(dān)豎向荷載為主三、框架-剪力墻墻結(jié)構(gòu)３受力變形特點４、框架－剪力墻墻結(jié)構(gòu)的類型(1)框架－剪力力墻結(jié)構(gòu)適用范圍：１５～～２５層，H/B不宜大于4~5適用范圍：25層以下的房屋屋，最高不宜超過過30層地震區(qū)的五層以上上的工業(yè)廠房由于剪力墻的存在在，一定程度上限限制了建筑平面布布置的靈活性，這這種體系用于旅館館、公寓、住宅等等建筑最為適宜框—筒結(jié)構(gòu)：平面剪力墻發(fā)展展---空間薄壁壁筒體四、筒體結(jié)構(gòu)１.特點：將剪力墻集中到到房屋的內(nèi)部或或外部形成封閉閉的筒體筒體在水平荷載載作用下好像一一個豎向懸臂空空心柱體，結(jié)構(gòu)構(gòu)空間剛度極大大，抗扭性能也也好剪力墻集中布置置不妨礙房屋的的使用空間，建建筑平面布置靈靈活，適用于各各種高層公共建建筑和商業(yè)建筑筑實腹筒框框筒桁桁架筒筒筒中筒2筒體的基本本形式3筒體結(jié)構(gòu)的的類型根據(jù)建筑高度不不同，可采用不不同筒體結(jié)構(gòu)形形式內(nèi)筒體：將電梯井、樓樓體井、管道井井、服務(wù)間等集集中成為一個核核心筒體。外筒體：四周外墻由密密排窗框諸與窗窗間墻梁組成---多孔墻體體。建筑物內(nèi)部部可不設(shè)剪力墻墻。筒中筒：內(nèi)筒體與外筒筒體相結(jié)合多筒體組合：根據(jù)建筑筑平面要求可采采用：多重套筒，組合合筒---幾個個筒體由樓板聯(lián)聯(lián)合束筒---若干干個筒體成束狀狀結(jié)構(gòu)，筒體可可錯落不齊。內(nèi)筒體中央核心筒式利用房屋中的電電梯井、樓梯間間、管道井以及及服務(wù)間作為核核心筒體盡端核心筒式利用房屋中的電電梯井、樓梯間間、管道井以及及服務(wù)間作為核核心筒體外筒體利用四周外墻作作為外筒體，形形成外筒的墻是是由外圍間距較密的柱子子與每層樓面處處的身量剛性連連接在一起組成矩形網(wǎng)格樣樣子的墻體－－－框架筒外圍柱距：１．．２２－３ｍ深梁高度：６００ｃｍ－１２２２ｃｍ３０層以下外筒體五筒中筒結(jié)構(gòu)構(gòu)３０層以上，不不宜超過８０層層筒中筒結(jié)構(gòu)：薄壁內(nèi)筒與密密柱外框筒相結(jié)結(jié)合內(nèi)筒體：筒體與與豎向通道結(jié)合合外筒體：密柱外外框筒，與建筑筑立面結(jié)合大筒體—地震后連梁破壞壞,形成四個小筒體體框筒及桁架筒做做為外筒，實腹腹筒做為內(nèi)筒，，形成筒中筒結(jié)結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)構(gòu)屬于空間受力力體系（1）變形特點點框筒側(cè)向變形仍以剪切型為主，而核心筒通常則是以彎曲型變形為主（2）受力特點點框筒結(jié)構(gòu)是具有箱形截面面的懸臂構(gòu)件，，柱子分為受拉拉和受壓柱，形形成受拉翼緣框框架和受壓翼緣緣框架。2、筒體的主要要特點將筒的四壁做成成桁架，就形成成桁架筒。桁架為軸向受力力，與框架相比比，更節(jié)省材料料香港的中國銀行采用了鋼斜撐、、鋼梁以及鋼骨骨鋼筋混凝土柱柱組成的空間桁桁架體系，建成成后在世界高層層建筑中高度名名列第五。３、桁架筒的受受力特點圖例：巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)（香港中國銀銀行）香港中國銀行大大廈結(jié)構(gòu)形式1。地上上70層層，315m，，底平面面正方形形52*52m2。沿對對角線分分四各三三角形，，每隔若若干層切切去一各各三角形形。3。44層以上上平面為為三角形形。4。主體體結(jié)構(gòu)為為8榀巨巨型桁架架5。各巨巨型桁架架交點設(shè)設(shè)型鋼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從從屋頂向向下通到到25層層。六．多筒筒體系―――成束束筒及巨巨形框架架結(jié)構(gòu)使用條件件：當(dāng)建建筑高度度或其平平面尺寸寸進(jìn)一步步加大，，以至于于框筒或或筒中筒筒結(jié)構(gòu)無無法滿足足抗側(cè)力力剛度要要求時，，必須采采用多筒筒體系1、成束筒兩個以上上框筒（（或其它它筒體））排列在在一起成成束狀，，稱為成束筒。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)的剛剛度和承承載能力力比筒中中筒結(jié)構(gòu)構(gòu)有所提提高，沿沿高度方方向，還還可以逐逐個減少少筒的個個數(shù)，分分段減少少建筑平平面尺寸寸，結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度逐逐漸變化化有效地減減少外筒筒翼緣框框架中的的剪力滯滯后現(xiàn)象象，使內(nèi)內(nèi)筒或內(nèi)內(nèi)部柱子子充分發(fā)發(fā)揮作用用2、巨形形框架利用筒體作為柱子，在各筒筒體之間間每隔數(shù)數(shù)層用巨形梁相連，巨巨型梁每每隔幾層層或十幾幾層樓設(shè)設(shè)置一道道，截面面一般為為一層或或幾層高高，筒體體和巨型型梁即形形成巨型型框架巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)體系特點：超越一般般結(jié)構(gòu)概概念一般結(jié)構(gòu)構(gòu)的截面面尺寸與與層高相相關(guān)巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)：由兩兩級結(jié)構(gòu)構(gòu)組成第一級：：結(jié)構(gòu)超超越樓層層劃分，，形成跨跨越幾個個樓層的的巨柱以以及一層層空間的的巨梁巨型框架架結(jié)構(gòu)巨型桁架架結(jié)構(gòu)第二級：：巨型框框架或桁桁架間為為一般框框架結(jié)構(gòu)構(gòu)（小型型柱、梁梁與樓板板）。在巨型層層底下，，可設(shè)無無柱大空空間。巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)外露與與建筑立立面相結(jié)結(jié)合空間利用用靈活施工速度度快，巨巨型主框框架施工工后，各各層可同同時施工工巨型框架架---巨型開開洞形成氣流通道道，減小風(fēng)壓壓1巨型框架架結(jié)構(gòu)（8））新加坡華僑銀銀行1巨型框架架結(jié)構(gòu)（9））新加坡華僑銀銀行1巨型框架架結(jié)構(gòu)（5））東京市政廳大大廈臺臺灣高雄銀行行上海證券大大廈位于浦浦東新區(qū)陸陸家嘴金融融貿(mào)易區(qū)，，是一個多多功能性質(zhì)質(zhì)的綜合建建筑，主要要由證券交交易廳和綜綜合辦公樓樓以及其他他商業(yè)、服服務(wù)設(shè)施等等組成，地地上建筑30層，地下3層，總高120m，總投資1.48億美元，地地上建筑面面積為79086m2，地面以下建建筑面積16753m2，為巨型框架架-支撐外露體體系。上海證券大大廈圖例：巨型型結(jié)構(gòu)（深深圳亞洲大大酒店）深圳大酒店店結(jié)構(gòu)形式式1地下一一層、地上上33層，，高114。1m2建筑平平面中心部部位的三角角形芯筒與與三個翼肢肢的端筒形形成主框架架立柱。3每隔6層設(shè)置主主框架箱型型大梁。4次框架架6層、頂頂層為無柱柱空間、其其它柱距4。0m。。圖例：深圳圳大酒店大大廈結(jié)構(gòu)平平面圖例：巨型型結(jié)構(gòu)（深深圳新華大大廈）深圳新華大大廈結(jié)構(gòu)形形式1。正方方形平面，，地上35層。2。主體結(jié)結(jié)構(gòu)芯筒與與外圈大型型框架組成成。3。平面四四角大截面面雙肢柱作作為四邊主主框架四根根角柱在主框架大大梁間設(shè)置置3—10層此框架架。結(jié)構(gòu)體系選選擇主要考慮因因素建筑物高度度----結(jié)構(gòu)抗側(cè)側(cè)剛度與抗抗震性能建筑物用途途----建筑平面面布置，空空間利用要要求高層的控制制因素水平荷載和和剛度而不不是豎向荷荷載和強(qiáng)度度抗側(cè)移能力力磚混結(jié)構(gòu)－－框架結(jié)構(gòu)構(gòu)－框剪結(jié)結(jié)構(gòu)－剪力力墻結(jié)構(gòu)－－框筒結(jié)構(gòu)構(gòu)－筒中筒筒結(jié)構(gòu)－成成束筒結(jié)構(gòu)構(gòu)－巨型框框架結(jié)構(gòu)各種結(jié)構(gòu)體體系的適用用層數(shù)：框架結(jié)構(gòu)——15層以以下（最經(jīng)經(jīng)濟(jì)為10層）框架-剪力力墻結(jié)構(gòu)——30層以以下（最適適宜為11~25層層）剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)--40層以下（（最適宜為為16~40層）框筒結(jié)構(gòu)——30層以以下筒中筒結(jié)構(gòu)構(gòu)—30層層以上的超超高層房屋適用的的最大高度度與結(jié)構(gòu)體體系房屋類型與與結(jié)構(gòu)體系系剪力墻布置置考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)、建筑需需求結(jié)構(gòu)要求：：剪力墻面積積復(fù)合剛度度要求剛度中心與與幾何中心心盡量符合合同時縱向與與橫向剛度度增強(qiáng)建筑要求：：利用山墻、、電梯井、、樓體井周周圍墻體作作剪力墻剪力墻體與與框架軸線線復(fù)合第三節(jié)剪剪力墻的形形狀和位置置一、剪力墻墻的形狀剪力墻對水水平荷載的的反應(yīng)與其其形狀有關(guān)關(guān)開口的—1型、L型型、Z型、、槽型、I型、T型型封閉的—方方形、三角角形、圓形形二、剪力墻墻的布置原原則（一）總則則1.房屋平平立面體型型要簡單均均勻。2.剪力墻墻應(yīng)合理地地，應(yīng)可能能地離開房房屋重心3.剪力墻墻布置要對對稱，以減減少結(jié)構(gòu)的的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)。當(dāng)不能能對稱時，，也要使剛剛度中心盡盡量和質(zhì)量量中心接近近，以減少少地震力產(chǎn)產(chǎn)生的扭矩矩。4.剪力墻應(yīng)上上下層位置對齊齊，而且宜貫通通房屋全高。5.應(yīng)盡可能采采取措施增加剪剪力墻承擔(dān)的豎豎向荷載。6.在非地震區(qū)區(qū)，可根據(jù)建筑筑物迎風(fēng)面大小小、風(fēng)力大小設(shè)設(shè)置剪力墻，縱縱橫兩個方向剪剪力墻數(shù)量可以以不同。在地震震區(qū)，由于兩個個方向的地震力力接近，在縱、、橫方向上布置置的剪力墻數(shù)量量要盡量接近。。（二）全剪體系系的剪力墻布置置縱橫向剪力墻布布置應(yīng)均衡。橫橫向剪力墻短而而數(shù)量多，間距距一般6~8m?？v向剪力墻一般般設(shè)2~4道。。當(dāng)形狀任意時，，在受力復(fù)雜處處，剪力墻還應(yīng)應(yīng)加密一些。（三）框-剪體體系的剪力墻布布置剪力墻數(shù)量以滿足位移限制為為宜,剪力墻數(shù)量約5~12cm/m2建筑面積剪力墻的布置及間間距將剪力墻分散一些些，當(dāng)做成單片墻墻時，不宜少于3道，最好是做成成筒體形狀剪力墻間距不宜過過大：現(xiàn)澆樓板，剪力墻墻間距L<=4B預(yù)制樓板，剪力墻墻間距L<=2.5B（4）在兩片剪力力墻（或兩筒體））之間布置框架時時，樓蓋必須有足足夠的平面內(nèi)剛度度，才能將水平剪剪力傳遞到兩端的的剪力墻上去，發(fā)發(fā)揮剪力墻為主要要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的作作用。一般現(xiàn)澆鋼筋混凝凝土樓蓋L／B不不能大于4.0；；裝配式鋼筋混凝土土樓蓋L／B不能能大于3.0；兩種框架-剪力墻墻體系結(jié)構(gòu)布置方方式1柱網(wǎng)和剪力墻正正交布置房屋平面形狀由矩矩形單元正交組合合的情形（1）橫向設(shè)置剪剪力墻（2）縱橫向均設(shè)設(shè)置剪力墻在抗震設(shè)防區(qū)一般般采用縱橫向均設(shè)設(shè)置剪力墻的布置置當(dāng)房屋較高而框架架在縱橫向剛度都都較差時盡可能把兩個方向向的剪力墻組合在在一起剪力墻在平面內(nèi)的的位置盡量拉開距距離2。柱網(wǎng)和剪力墻墻任意布置房屋平面形狀任意意時，剪力墻和柱柱網(wǎng)就不能采用正正交布置柱網(wǎng)和剪力墻任意意布置時，剪力墻墻布置應(yīng)注意以下下幾點：（1）橫向剪力墻墻應(yīng)布置在平面形形狀或剛度變化處處以及靠近房屋區(qū)區(qū)段的兩端（2）縱向剪力墻墻如布置在較長房房屋的兩端且相距距較遠(yuǎn)時，應(yīng)進(jìn)行行溫度應(yīng)力驗算，，并采取設(shè)置施工工縫等措施，以減減少溫度和收縮應(yīng)應(yīng)力（3）剪力墻的數(shù)數(shù)量要得當(dāng)，過多多地布置剪力墻，，并不能減少框架架受力，反而增加加了剪力墻的用量量（4）為了保證樓樓板剛度，剪力墻墻間距不宜過大4-4剪力墻的的主要構(gòu)造要求一、剪力墻的材料料現(xiàn)澆鋼筋混凝土，，混凝土強(qiáng)度等級級不應(yīng)低于C20二、剪力墻的厚度度按一級抗震等級設(shè)設(shè)計時不應(yīng)小于樓樓層高度的1/20，且不應(yīng)小小于160mm；；按二、三、四級抗抗震等級和非抗震震設(shè)計時不應(yīng)小于于樓層高度的1/25，且不應(yīng)小小于140mm。有邊框時，剪力墻墻的厚度不應(yīng)小于于墻體凈高的1/30，且不應(yīng)應(yīng)小于120mm；無邊框時，剪力墻墻的厚度不應(yīng)小于于樓層高度的1/25，且不應(yīng)小小于140mm。三、剪力墻的配筋筋剪力墻厚度<200mm時，可單單層配筋。剪力墻厚度>=200mm時，應(yīng)應(yīng)雙層配筋。山墻及相鄰第一道道內(nèi)橫墻，樓梯間間或電梯間墻及內(nèi)內(nèi)縱墻等都應(yīng)雙層層配筋。在剪力墻上往往需需要開門窗或設(shè)備備要求所需要的孔孔洞根據(jù)洞口的分布和和大小的不同，可可將剪力墻分為以以下幾類：整體剪力墻整體小開口墻聯(lián)肢剪力墻多聯(lián)單獨(dú)剪力墻開有不規(guī)則大洞口口的剪力墻四、剪力墻的開洞洞整體彎曲應(yīng)力局部彎曲應(yīng)力開洞原則：盡量不開洞，少開開洞或開小洞。門窗洞口應(yīng)盡量做做到上下對齊，大大小相同。洞口之間的聯(lián)系梁梁應(yīng)有足夠的高度度，以加強(qiáng)左右右兩段剪力墻的整整體工作洞口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離墻墻體邊緣。內(nèi)橫墻開洞時，洞洞邊離外縱墻內(nèi)邊邊距離>=30cm內(nèi)縱墻開洞時，洞洞邊離山墻內(nèi)邊距距離>=200cm內(nèi)縱墻與內(nèi)橫墻交交叉處不要四邊同同時開洞，以免出出現(xiàn)“四側(cè)無拉結(jié)結(jié)”的現(xiàn)象種類：沉降縫、伸縮縫或防震縫區(qū)別：伸縮縫和防震縫僅僅將基礎(chǔ)以上的房屋分開，而沉降降縫則將房屋連同基礎(chǔ)一起分開原則：在高層建筑中，目目前的總趨勢是避免設(shè)縫，并從總體布置上上或構(gòu)造上采取一一些相應(yīng)的措施來來減少沉降差、溫溫度收縮和體型復(fù)復(fù)雜引起的問題。。第五節(jié)變形縫的的設(shè)置與構(gòu)造沉降裂縫：形狀：斜的，由下下向沉降較大的一一側(cè)升高地點：土質(zhì)松軟、土層變變化較大處基礎(chǔ)處理方法不同同處房屋在高度、重量量、剛度有較大變變化處房屋平面形狀變化化的凹角處1、沉降縫（1）建筑物建在在不同的地基土壤壤上；（2）當(dāng)同一建筑筑物相鄰高度相差差在兩層以上或部部分高度差超過10m時；（3）當(dāng)建筑物部部分的基礎(chǔ)底部壓壓力值有較大差別別時；（4）原有建筑物物與新建建筑物之之間；（5）當(dāng)相鄰的基基礎(chǔ)寬度和埋置深深度相差懸殊時；；（6）平面形狀較較復(fù)雜的建筑物，，分成幾個形狀。。沉降縫縫寬：見下下表，一般為30~70mm設(shè)置條件：斷開構(gòu)件：基礎(chǔ)及及其以上2.沉降縫構(gòu)造造墻體、樓地層、屋頂：：和伸縮縫相似，，縫寬加大，采用用鍍鋅鐵皮調(diào)節(jié)；；基礎(chǔ)：雙墻方案懸挑方案（三）防震縫：防防止地震對建筑筑物破壞1.設(shè)置條件：：（1）房屋高差在在6m以上（2）房屋有錯層層，且樓板高差較較大（3）各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度截然不同時時設(shè)沉降縫目的：避免地基不不均勻沉降時在房房屋構(gòu)件中產(chǎn)生裂裂縫方法：將結(jié)構(gòu)從屋頂?shù)交A(chǔ)整個斷開，使使各部分自由沉降降，以避免由沉降降差引起的附加應(yīng)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的危害害。不設(shè)沉降縫時，將將高低部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)及其基礎(chǔ)連成整整體，同時采取一一些相應(yīng)減小沉降降差的措施：①利用壓縮性小的的地基，減小總沉沉降量及沉降差；；②高層與低層結(jié)構(gòu)構(gòu)之間設(shè)后澆施工工縫；A.主體和裙房采采用不同的基礎(chǔ)形形式B.先施工主樓并并發(fā)生沉降后，再再施工裙房③將裙房做在懸挑挑基礎(chǔ)上；目的：避免溫度和混凝土土收縮應(yīng)力使房屋屋構(gòu)件產(chǎn)生裂縫由于溫度變化而引引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力稱稱溫度應(yīng)力(2)伸縮縫為了消除溫度和收收縮對結(jié)構(gòu)造成的的危害，混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定了結(jié)結(jié)