多高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)體系-框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系（鋼筋混凝土與砌體結(jié)構(gòu)）

剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)布置要求鋼筋混凝土與砌體結(jié)構(gòu)一、教學(xué)內(nèi)容知識(shí)目標(biāo)：了解框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的概念及特點(diǎn)；熟悉框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求。能力目標(biāo)：能理解什么是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系；具備判別框架-剪力墻結(jié)構(gòu)布置是否合理的能力。二、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求。難點(diǎn)：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求。圖1框架-剪力墻體系（1）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的定義為了彌補(bǔ)框架結(jié)構(gòu)隨房屋層數(shù)增加，水平荷載迅速增大而抗側(cè)移剛度不足的缺點(diǎn)，可在框架結(jié)構(gòu)中增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻，形成框架和剪力墻結(jié)合在一起共同承受豎向和水平力的體系：框架-剪力墻體系（圖1），簡稱框-剪體系。剪力墻可以是單片墻體，也可以是電梯井、樓梯井、管道井組成的封閉式井筒。（2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)

1）框架-剪力墻體系的側(cè)向剛度比框架結(jié)構(gòu)大，大部分水平力由剪力墻承擔(dān)，而豎向荷載主要由框架承受，因而用于高層房屋比框架結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)合理；

2）抗震性能方面：剪力墻的抗側(cè)剛度較大，承擔(dān)大部分地震作用，作為第一道防線，框架作為第二道防線，即框-剪結(jié)構(gòu)具備多道抗震設(shè)防線，抗震性能更優(yōu)越；

3）同時(shí)由于它只在部份位置上有剪力墻，保持了框架結(jié)構(gòu)易于分割空間、立面易于變化等優(yōu)點(diǎn)。所以，框-剪體系在多層及高層辦公樓、旅館等建筑中得到了廣泛應(yīng)用?？?剪體系的適用高度為15～25層，一般不宜超過30層?？蚣芙Y(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)自頂層向下，層間位移越來越大，呈上凹形，與懸臂梁的剪切變形曲線類似。故稱“剪切型”自底層向上，位移增量越來越大，呈下凹形，與懸臂梁的彎曲變形曲線類似。故稱“彎曲型”1）側(cè)移特征

1）側(cè)移特征在水平荷載作用下：框架的側(cè)移變形，自頂層向下，層間位移越來越大，呈上凹形，與懸臂梁的剪切變形曲線類似，以剪切型為主（圖2a）；剪力墻的側(cè)移變形，自底層向上，位移增量越來越大，呈下凹形，與懸臂梁的彎曲變形曲線類似，以彎曲型為主（圖2b）。在框-剪結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻由樓蓋連接起來而共同變形，其協(xié)同變形曲線如圖3所示。（a）剪切變形（b）彎曲變形（c）共同變形圖2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)圖3框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形曲線

2）受力特點(diǎn)剪力墻布置的數(shù)量一般不太多，框架承擔(dān)大部分豎向荷載。剪力墻的剛度比框架大得多，因此剪力墻負(fù)擔(dān)大部分水平力。房屋下部，剪力墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，下部剪力墻剪力較大，框架下部擔(dān)負(fù)的剪力較少（圖4）。圖4框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分配示意圖

2）受力特點(diǎn)

房屋上部，剪力墻位移大，而框架位移小，框架拉著剪力墻按剪切型曲線變形，框架除了負(fù)擔(dān)外荷載產(chǎn)生的水平剪力外，還額外負(fù)擔(dān)了把剪力墻拉回來的附加剪力，所以，上部樓層框架剪力較大，剪力墻剪力減小?？蚣苌喜亢拖虏克芗袅鶆蚧膮f(xié)同變形曲線可以看出，框架結(jié)構(gòu)的層間變形在下部小于純框架，在上部小于純剪力墻，因此各層的層間變形也將趨于均勻化。圖4框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分配示意圖

1）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵是剪力墻的數(shù)量和位置。在剪力墻的數(shù)量較少的情況下，可使建筑平面布置更靈活，且能夠節(jié)約造價(jià)，但若剪力墻數(shù)量不足，剛度過小，在地震作用下結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)過大的側(cè)向變形，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的震害，所以剪力墻的數(shù)量不能過少。因此，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，兼顧結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面的要求確定剪力墻的適宜數(shù)量非常重要。2）剪力墻是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中重要的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)沿縱橫兩個(gè)方向同時(shí)布置，并使兩個(gè)方向的自振周期比較接近。（1）框架結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置原則

3）梁與柱或柱與剪力墻的中線盡量重合。4）剪力墻的布置應(yīng)遵循“均勻、對(duì)稱、分散、周邊”的原則。其中，均勻、分散是要求剪力墻的片數(shù)多，且每片的剛度不要太大，在樓層平面內(nèi)均勻布開；對(duì)稱、周邊布置是高層建筑抵抗扭轉(zhuǎn)的要求。若在平面內(nèi)對(duì)稱布置剪力墻有困難，則可以調(diào)整有關(guān)部位剪力墻的長度和厚度，使框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)剛度中心與質(zhì)量中心盡量接近，以減輕地震作用下對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用的不利影響。（1）框架結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置原則

1）剪力墻布置位置①豎向荷載較大處。在豎向荷載較大處布置剪力墻，可以避免設(shè)置截面尺寸過大的柱子，滿足建筑布置的要求。②建筑平面復(fù)雜部位或平面形狀變化處。由于這些部位受力狀態(tài)復(fù)雜，設(shè)置剪力墻予以加強(qiáng)非常必要。③樓梯間和電梯間處。樓梯間和電梯間處樓板開大洞，對(duì)樓板剛度削弱嚴(yán)重，采用剪力墻來加強(qiáng)是有效的措施。（2）剪力墻布置及要求

1）剪力墻布置位置④橫向剪力墻宜布置在接近房屋端部，但又不在建筑物盡端的部位。剪力墻布置在房屋盡端時(shí)不利于剪力墻底部的嵌固，需要較大剛度的基礎(chǔ)，而布置在中部不能有效地發(fā)揮抵抗扭轉(zhuǎn)的作用。⑤縱向剪力墻宜布置在中部附近?？v向剪力墻布置在端部產(chǎn)生約束作用，會(huì)使結(jié)構(gòu)受到較大的溫度和收縮應(yīng)力。⑥此外，考慮到施工時(shí)支模困難，一般不在伸縮縫、沉降縫和防震縫兩側(cè)同時(shí)布置剪力墻。當(dāng)一側(cè)設(shè)置墻后，另一側(cè)的剪力墻可內(nèi)推一個(gè)柱間。（2）剪力墻布置及要求

2）剪力墻布置要求①框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，縱、橫向剪力墻宜互相交聯(lián)布置成L形、T形、□形等形狀，以使縱、橫墻可以互相作為對(duì)方的翼緣，從而提高剪力墻的強(qiáng)度和剛度，圖5。②剪力墻宜貫通建筑物的全高，避免沿高度方向突然中斷而出現(xiàn)剛度突變，且剪力墻的厚度宜沿高度逐漸減小。③剪力墻中心線應(yīng)與框架柱中心線相重合，任何情況下，剪力墻中心線偏離框架柱中心線的距離不宜大于柱子寬度的1/4。（2）剪力墻布置及要求圖5縱橫剪力墻的合理布置方式

2）剪力墻布置要求④剪力墻在各樓層開設(shè)的較大洞口宜上下對(duì)齊，洞口面積與墻面面積的比值不宜大于1/6，洞口梁高不宜小于層高的1/5。⑤為保證剪力墻具有足夠的延性，不發(fā)生脆性的剪切破壞，每一道剪力墻不應(yīng)過長，總高度與總長度之比H/L宜大于2，且連成一片的單個(gè)墻肢長度不宜大于8m，否則應(yīng)按剪力墻開洞的基本要求開洞。⑥每道剪力墻承擔(dān)的水平剪力不宜超過總水平剪力的40%。（2）剪力墻布置及要求

2）剪力墻布置要求⑦為防止樓板在自身平面內(nèi)變形過大，使樓層水平剪力可靠地傳遞給剪力墻，剪力墻的間距不宜過大，其最大間距值應(yīng)滿足表1的規(guī)定。當(dāng)剪力墻之間的樓面有較大開洞時(shí)，剪力墻的間距還應(yīng)當(dāng)減小一點(diǎn)。（2）剪力墻布置及要求表1剪力墻的最大間距樓蓋形式非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度現(xiàn)澆≤5B，且≤60m≤4B，且≤50m≤3B，且≤40m≤2B，且≤30m裝配整體≤3.5B，且≤50