抗側力結構受力課件

3.1雙重抗側力體系的受力和變形性能雙重抗側力體系的特點是：由兩種受力和變形性能不同的超靜定抗側力結構組成，每種抗側力結構都具備足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接而協(xié)同工作，共同抵抗外力。在地震作用下，當其中一部分有所損傷時，另一部分有足夠的剛度和承載力能夠承受較多地震作用，損傷部分可以與它共同擔當抗震任務，或者它能夠單獨抵抗后期地震，抗震結構設計成雙重抗側力體系可以實現多道設防，是安全而可靠的抗震結構體系。3.1雙重抗側力體系的受力和變形性能雙重抗側力體系的特點是：1常用雙重抗側力體系：框架－剪力墻（筒體）框架－核心筒筒中筒純框架和剪力墻結構以及板柱－剪力墻結構均不是雙重抗側力體系。當然，實際工程中可以考慮填充墻對結構初始剛度的功獻，以及在遭遇地震初期填充墻破壞造成結構剛度變小，地震作用會減小，從概念上填充墻可視為框架結構第一道抗震防線。常用雙重抗側力體系：23.1.1框架－剪力墻（筒體）結構3.1.1框架－剪力墻（筒體）結構3框架－水平荷載－剪力型變形通過剛性樓板協(xié)同工作彎剪型剪力墻－水平荷載－彎曲型變形框架－剪力墻在協(xié)同工作中的表現可以用剛度特征值λ來評價

λ＝λ<1剪力墻剛度大于框架，呈現剪力墻結構特征λ>6剪力墻剛度遠小于框架，呈現框架結構特征1<λ<6框剪結構框架－水平荷載－剪力型變形4注意：1、框剪結構中框架柱很少時，進行結構力學計算分析時應按剪力墻結構考慮。2、框架結構為控制側移，在一個方向或雙向布置少量剪力墻或在抗震縫兩側設防撞墻，墻體很少時結構力學計算分析時應按框架考慮，如采用三維計算機軟件建模，宜按框剪模型，這樣算出的墻體內力才符合實際情況。注意：5雙重抗側力體系的內力調整：1.“高規(guī)”中規(guī)定：鋼筋混凝土框架－剪力墻（筒體）結構，框架承擔的層剪力至少為基底剪力的20％或框架計算出的最大層剪力的1.5倍（取二者中的較小值）。當框架實際剪力分配比例達不到該值時，應當按上述規(guī)定增大框架內力同時剪力墻層剪力不得減小。這一規(guī)定是保證中震和大震作用下結構的安全。2.當剪力墻承擔的地震作用傾覆彎矩小于總傾覆彎矩的50％時，框架按純框架確定抗震等級。3.短肢剪力墻較多的剪力墻結構，短肢剪力墻應提高抗震等級，防止結構在中、大震時出現連鎖倒塌現象。4.板柱－剪力墻中板柱形成弱框架，板柱至少應承擔20％的基底地震剪力。雙重抗側力體系的內力調整：63.1.2筒中筒與框架－核心筒結構3.1.2筒中筒與框架－核心筒結構71.筒中筒結構的受力特點雙重抗側力體系:周邊密柱深梁框架形成框筒，承受50％以上傾覆力矩;中部實腹筒承擔70％以上剪力。翼緣框架框筒共同抵抗水平荷載產生的彎矩，不需腹板框架要進行內力調整。深梁的作用：將角柱軸力傳遞至中柱，減小剪力滯后效應。1.筒中筒結構的受力特點雙重抗側力體系:周邊密柱深梁框架形82.框架－核心筒周邊稀柱和普通框架梁無法形成框筒，在水平荷載作用下，邊柱剪力滯后效應較嚴重。對平板樓蓋，邊柱軸力隨柱距加大而減小，角柱軸力大于中柱。因此，框架-筒體結構的翼緣框架通過深梁傳遞軸力作用可以忽略?？颍财矫嫘螤羁梢噪S意，結構平面可以不設置角柱。2.框架－核心筒周邊稀柱和普通框架梁無法形成框筒，在水平荷載9框架－核心筒與筒中筒結構的比較

下圖中1~12分別對應圖3-5中1~12軸的框架柱框架－核心筒與筒中筒結構的比較

下圖中1~12分別對應圖310由圖3-6可見，框架－核心筒翼緣框架的柱子不僅軸力小，柱數量又較少，翼緣框架承受的總軸力要比框筒小得多，軸力形成的傾覆力矩也小得多。結構主要是由(1)、(4)軸兩片框架（腹板框架）和實腹筒協(xié)同工作抵抗側力，角柱作為（1）、（4）軸兩片框架的邊柱而軸力較大。從（1）、（4）軸框架本身的抗側剛度和抗彎、抗剪能力看，也比框筒的腹板框架小的多，因此，框架－核心筒結構抗側剛度小得多。由圖3-6可見，框架－核心筒翼緣框架的柱子不僅軸力小，柱數量11抗側力結構受力課件12框架－核心筒中實腹筒為主要抗側力部分，而筒中筒中抵抗剪力以實腹筒為主，抵抗傾覆力矩則以外框筒為主。肋梁樓蓋密柱深梁框筒抵抗傾覆彎矩的實質是各柱均有軸大軸力，兩列柱之間距離形成力臂，由于力臂大形成的抵抗矩也大。平板樓蓋改為肋梁樓蓋可以減小框架－核心筒剪力滯后效應。框架－核心筒中實腹筒為主要抗側力部分，而筒中筒中抵抗剪力以實13抗側力結構受力課件143.1.1鋼－混凝土混合框架－核心筒結構1.應按雙重抗側力體系設計。2.注意框架內力調整，合理的方法是按每層層剪力的比例調整各層剪力。地震區(qū)調整幅度宜隨設防烈度的不同而改變。例如6、7度區(qū)0.2v，8度區(qū)0.25v。3、非抗震或6度設防區(qū)可以按非雙重抗側力體系設計，內筒承擔100％剪力，外框架0.1～0.15v。4、限制在高設防烈度區(qū)的建造高度。由于該體系未經實際地震檢驗，框架抗扭剛度，豎向構件差異變形差等問題不易解決。5、鋼骨混凝土柱，鋼管混凝土柱的使用有利于提高框架抗剪承載力和剛度。6、高度較高或設防烈度較高時，核心筒可采用鋼骨混凝土提高延性。3.1.1鋼－混凝土混合框架－核心筒結構1.應按雙重抗側力體153.2框架－核心筒與板柱－筒體結構前者是雙重抗側力體系，后者不是。板柱－筒體結構設計要點：1.限制高度2.周邊布置框架梁3.弱框架（板帶與柱形成的框架）承擔20％基底剪力，核心筒承擔全部剪力4.如有中柱，中柱僅承擔豎向荷載，但必須考慮p-Δ效應3.2框架－核心筒與板柱－筒體結構前者是雙重抗側力體系，后者163.3框架－核心筒－伸臂結構的受力和變形性能超高層（一般B級高度）框架－核心筒結構為控制結構側移在內筒與外柱之間設置由一層或數層高的桁架、空腹桁架組成的剛性梁，稱為伸臂。伸臂的作用原理：3.3框架－核心筒－伸臂結構的受力和變形性能超高層（一般B級17（1）伸臂利用自身抗彎剛度大的特點，在結構側移時，使一側的柱拉伸，另一側柱壓縮，柱承受較大軸力，增加外柱抵抗傾覆力矩的能力。（2）伸臂使內筒產生反向約束彎矩，減小內筒彎矩，同時減小整體側移。無論采用“平板”或“肋梁”樓蓋均可增大中柱軸力，但“肋梁樓蓋”連接內筒與外柱的大梁對增加中柱軸力效果不明顯，因此，設置伸臂后可減小次梁高度，提高建筑凈空。伸臂的不利影響：結構內力沿高度突變，不利于抗震，對外柱尤為不利。（1）伸臂利用自身抗彎剛度大的特點，在結構側移時，使一側的柱183.4加強層的設計概念伸臂－鋼桁架環(huán)向構件－周邊桁架加強層帽桁架－結構頂部剛性桁架減小內筒和外柱豎向腰桁架－中間樓層變形差剛性桁架以上三者不一定同時設置，但設置時伸臂和環(huán)向構件一般在同一層。3.4加強層的設計概念伸臂－鋼桁193.4.1伸臂設置的位置和數量由于高層尤其是超高層一般都有設備層和避難層，因此，伸臂一般布置在這些位置。伸臂存在優(yōu)化布置問題，一般情況下，有如下結論：（1）當只設置一道伸臂時，最佳位置在底部固定端以上（0.60~0.67）H之間，H為結構總高度。也就是說設置一道伸臂時，大約在結構的2/3高度處設置伸臂效果最好。（2）設置兩道伸臂的效果會優(yōu)于一道伸臂，側移會更小，當設置兩道伸臂時，如果其中一道設置在0.7H以上（也可在頂層），則另一道設置在0.5H處，這樣可以得到較好的效果。（3）設置多道伸臂時，會進一步減小位移，但位移減小并不與伸臂數量成正比，設置伸臂多于4道時，減小側移的效果基本穩(wěn)定，當設置多道伸臂時，一般可沿高度均勻布置。3.4.1伸臂設置的位置和數量由于高層尤其是超高層一般都203.4.2設置伸臂的效果和概念設置伸臂的主要目的：增大外柱的軸力，從而增加外框架抗傾覆力矩，增加抗側剛度，減小側移。一般框架-核心筒結構加伸臂可減少位移15％～20％；而筒中筒結構效果不明顯，大約僅有5％～10％。伸臂的作用原理與框筒密柱深梁的作用相似。設置伸臂的效果：一道伸臂的減小側移的效率最高，而多道伸臂減小側移的總量加大，但效率降低。3.4.2設置伸臂的效果和概念設置伸臂的主要目的：增大外21伸臂結構的設計概念：（1）在筒中筒結構中，框筒主要依靠密柱深梁使翼緣框架各柱均勻受力，結構抗側剛度很大，伸臂的作用與此重復，設置伸臂的作用相對較小，反而帶來柱沿高度內力突變的不利后果，因此在筒中筒結構中，一般不再設置伸臂。（2）當采用框架－核心筒結構時，一般在非地震區(qū)或烈度不高的地震區(qū)，由風荷載控制結構設計時，用設置伸臂方法增加結構抗側剛度和減小位移是較好的方案選擇。在中等地震和強震地區(qū)，則應該做方案比較，要看層間位移是否滿足規(guī)范和規(guī)程要求，相差多少，慎重選擇伸臂的剛度和數量。如果不加伸臂的結構層間側移已能滿足規(guī)范和規(guī)程的要求，則不必設置伸臂，例如大連遠洋大廈，就沒有設置伸臂。詳見42頁圖2-17伸臂結構的設計概念：22（3）設置伸臂方案可以有多種選擇：選擇有效部位，設置一道剛度不大的伸臂設置多道伸臂，每道伸臂本身剛度不大每層設置剛度較大的連接內筒和外柱的框架大梁（3）設置伸臂方案可以有多種選擇：233.4.3伸臂的結構形式和連接一般采用鋼桁架伸臂與內筒或外柱的剛性節(jié)點不宜一次擰緊到位，以適應筒和柱的豎向變形差異，避免產生次應力。3.4.3伸臂的結構形式和連接一般采用鋼桁架243.4.4環(huán)向構件周邊封閉桁架起到環(huán)箍作用協(xié)調周圍各柱的變形，減小變形差，減小稀柱剪力滯后效應3.4.4環(huán)向構件周邊封閉桁架起到環(huán)箍作用253.4.5腰桁架和帽桁架腰桁架環(huán)向封閉桁架環(huán)向構件帽桁架頂部剛性桁架伸臂腰桁架和帽桁架主要作用是減小內筒和外柱豎向變形差，與伸臂或環(huán)向構件并無明顯區(qū)別。3.4.5腰桁架和帽桁架腰桁架環(huán)向封閉桁架263.5筒中筒與框架－核心筒及框－筒－伸臂結構設計概念比較3.5筒中筒與框架－核心筒及框－筒－伸臂27抗側力結構受力課件28抗側力結構受力課件29因為框架－核心筒是高層結構中應用較廣的結構形式，在設計中應注意以下問題:1)框架－核心筒結構內力分配的特點是外框架承受的剪力和傾覆力矩都較小。在鋼筋混凝土框架－核心筒結構中，外框架構件截面不宜過小。2)與筒中筒結構不同，框架－核心筒結構的抗扭剛度較差，因此內筒布置偏離中心的影響較大，會使水平荷載作用下的扭轉增加?？蚣埽诵耐步Y構應注意扭轉問題，提高抗扭剛度和抗扭承載力。3)框架－核心筒結構中鋼筋混凝土實腹筒是主要的抗側力部分，承載力和延性要求都應更高，抗震時要采取提高延性的各種構造措施。因為框架－核心筒是高層結構中應用較廣的結構形式，在設計中應注30框架－核心筒結構的樓板內可以布置大梁也可以不布置大梁。但是建筑周邊的柱與梁必須剛接形成框架。框架－核心筒－伸臂結構中，要求在平面上伸臂對稱布置，一般情況下在兩個方向同時設置；但是有時也可只在一個方向設置伸臂。伸臂一端與外柱連接，另一段與內筒連接，必須與同方向的剪力墻對齊（布置在兩個方向剪力墻的交匯處），這樣才有可能使伸臂中的鋼構件或混凝土構件的主要鋼筋貫通剪力墻，以便剪力墻承受伸臂傳來的彎矩和剪力?？蚣埽诵耐步Y構的樓板內可以布置大梁也可以不布置大梁。但是建313.6框架和框筒結構的轉換層3.6.1上下柱在同一平面內轉換間距小的上柱轉換成間距大的下層柱特點：柱在同一平面，相對較簡單，受力明確轉換層上下剛度相差不大轉換構件：實腹大梁，平面桁架3.6框架和框筒結構的轉換層3.6.1上下柱在同一平面323.6.2上下柱不在同一平面內的轉換立面收進，柱沿豎向柱網改變轉換構件（1）斜撐式轉換構件（2）斜柱（3）轉換塊：從配筋實質看是拉壓桿機構（用于柱沿立面內收）3.6.2上下柱不在同一平面內的轉換立面收進，柱沿豎向柱33抗側力結構受力課件343.7底部大空間剪力墻結構的設計概念和轉換層3.7.1框支剪力墻框支轉換梁－拉彎構件轉換構件托梁－轉換梁托梁上部一定高度剪力墻震害揭示：凡是采用框支剪力墻結構而來作特殊處理者，在大地震中均遭受嚴重破壞。3.7底部大空間剪力墻結構的設計概念和轉換層3.7.1框支353.7.2底部大空間剪力墻結構的設計概念1.不允許將全部或大部分剪力墻設計成框支，必須有一定數量上下貫通的剪力墻，這是震害總結出的經驗。加強框支層剛度，控制轉換層上下層剛度比底部－層框架時，采用剪切剛度比：底部多層框架時，采用剪彎剛度比：

3.7.2底部大空間剪力墻結構的設計概念1.不允許將全部或36采用空間三維整體分析軟件時，可以從計算結果中取出以下參數來分析轉換層上下剛度比，這比用規(guī)范附錄中的簡化方法精確可靠(1)轉角比（剪彎剛度比）抗震時控制在0.7~1.4

(2)層抗側剛度比（剪切剛度比）采用空間三維整體分析軟件時，可以從計算結果中取出以下參數來分372.提高框支層構件的承載力，避免出現薄弱層框支柱內力調整落地剪力墻內力調整加強落地墻的延性2.提高框支層構件的承載力，避免出現薄弱層383.7.3轉換構件實腹轉換梁：傳力直接，轉換層剛度相對不大。但注意：地震作用下破壞部位一般在柱上下端。箱形轉化梁：層剛度較大，不如實腹梁抗震性能好，高位轉換不能用。厚板轉換：層剛度、質量都很大，抗震非常不利，6度以上設防時慎用！轉換層優(yōu)化設計3.7.3轉換構件實腹轉換梁：傳力直接，轉換層剛度相對不393.7.4剪力墻結構的高位轉換理論分析表明：（1）轉換層樓層升高使結構周期和振型略有變化，但不會引起很大變化；但是如果轉換層位置正好與高振型的較大振幅值位置重合，則高振型影響將加大，特別當轉換層剛度及重量較大時，影響會更大。（2）轉換層升高對頂點位移、總層剪力和總傾覆力矩的影響也不大；但是在框支剪力墻和落地剪力墻之間的剪力分配會有較大變化，轉換層附近樓層的剪力交換會出現突變，樓板將承受較大的剪力。（3）轉換層以上一層可能出現層間位移角突變，但是轉換層位置升高并不會使突變更加嚴重，最大層間位移角的絕對值還可能減小，減小層間位移角突變的關鍵是調整上、下的相對剛度。3.7.4剪力墻結構的高位轉換理論分析表明：40（4）加強轉換層以下結構剛度，有利于減小框支部分層間位移的絕對值，也有利于減小和緩和剪力分配的突變程度。（5）高位轉換結構中，減小上部結構的重量和剛度、減小轉換層本身的剛度和重量對改善樓層處的內力突變影響明顯。高位轉換的結構應當加強結構優(yōu)化。（4）加強轉換層以下結構剛度，有利于減小框支部分層間位移的絕41設計建議：（1）由于高位轉換時剛度和質量較大的轉換層升高，應當優(yōu)化調整上、下結構的布置和剛度，調整轉換層本身及其上、下的剛度比使之接近更是必要的，轉換層本身的剛度和質量不宜大，最終可通過水平力（靜力）作用下精確的空間分析檢查轉換層附近的層間位移角是否基本均勻。（2）宜盡量選用剛度和重量較小的轉換層結構形式，計算時應多取參與組合的振型數。（3）通過計算仔細分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內力分配特點，要分析和預見結構的屈服和破壞模式，通過調整內力和構件配筋設計改善薄弱部位的性能，控制結構的破壞部位。（4）在高層建筑中，高位轉換的底部大空間剪力墻結構宜進行彈塑性計算（彈塑性靜力分析或時程分析），以檢驗大震下的塑性鉸分布規(guī)律和層間變形，保證結構在大震下的安全。設計建議：（1）由于高位轉換時剛度和質量較大的轉換層升高，應423.8短肢剪