15-17第7章 剪力墙结构体系.ppt
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1、第七章 剪力墙结构体系,7-1 剪力墙结构的概念和结构效能 7-2 剪力墙结构体系的类型、特点 和适用范围 7-3 剪力墙的形状和位置 7-4 剪力墙的主要构造要求,7-1 剪力墙结构的概念和结构效能,剪力墙,筒体,落地剪力墙,框支剪力墙,核心筒,框筒,7-2 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: (纯)剪力墙结构 框支剪力墙结构 框架-剪力墙结构 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,剪力墙结构体系,优点:侧向刚度大 缺点:布置受限制,广州白云宾馆 33层,112.45米,剪力墙结构,1976年建成
2、,国内首栋百米高层。,北京国际饭店 1987年建成,27层,底层层高5m,标准值层层高2.9m,总高度104m,剪力墙厚度为200600mm。,上海花园饭店34层,123m,89年建成。,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,抗震性能好;房间内无梁柱外露。 缺点:剪力墙间距不能太大,墙体较密,平面布置限制大,平面布置不灵活,不能满足公共建筑的使用要求, 结构自重大,地震作用大。 适用范围:墙体间距一般38米,适用于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
3、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,1、墙的底部发生破坏,表现为受压区混凝土的大 片压碎剥落,钢筋屈服。,2、墙肢发生剪切破坏 。,剪力墙的震害(了解),底层墙肢内力最大容易出现裂缝和破坏。水平荷载下受拉的墙肢轴压力较小,甚至会出现拉力,墙肢底部容易出现水平裂缝。,墙肢总高度和总宽度之比较小时,使总剪跨比较小,墙肢中的斜向裂缝可能贯通发生剪切破坏。,某个剪力墙肢剪跨比较小时,可能出现局部墙肢的破坏。,图6-20 剪力墙的破坏,3、 剪力墙墙肢之间的连梁产生剪切破坏 。,主要是由于连梁跨度小,高度大形成深梁,在反复荷载作用下形成X型剪切裂缝,为剪切型脆性破坏,尤其是
4、在房屋1/3高度处的连梁破坏更为明显。,墙肢按偏心受力构件进行正截面和斜截面计算;由于楼盖的作用,连梁内的轴力可忽略不计,按受弯构件设计。,剪力墙在竖向荷载和水平荷载作用下,墙肢和连梁内将产生轴力、弯距和剪力。,墙肢,连梁,正截面承载力计算,斜截面承载力计算,正截面承载力计算,斜截面承载力计算,设计内容,当内力组合包括地震作用时,承载力除以抗震承载力调整系数。,剪力墙结构的截面计算,. 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100150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
5、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23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
6、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,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 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,框架剪力墙结构体系,北京民族饭店 59年建成,12层框架剪力墙结构。,上海明天广场 60层,238m,最高的框架剪力墙结构,98年建成。,受力变形特点,框架剪力墙结构的变形,框架剪力墙结构的简化分析模型,一、空间问题的简化,在竖向荷载下,框架和剪力墙各自承担负荷范围内的楼面荷载,内力计算比较简
7、单;在水平荷载作用下,框架和剪力墙由于楼盖的联结作用而协调变形,共同工作,其受力特点既不同于单榀框架,也有别于单榀剪力墙。,楼盖结构在其平面内的刚度为无限大,平面外刚度可忽略不计; 水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心; 框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度为常量。,基本假定,由前两条假定可以推断:在侧向荷载作用下,结构仅有沿荷载方向的位移,在同一楼层标高处,各榀框架和各榀剪力墙的侧移值是相等的。,于是:可以将所有的框架等效成综合框架;将所有的剪力墙等效成综合剪力墙。,将综合框架和综合剪力墙放在同一平面进行分析,而在综合框架与综合剪力墙之间用轴向刚度为无限大的连杆(铰接体系)或连梁(刚接体系)相
8、连接。,框架剪力墙铰接体系与刚接体系,框架剪力墙铰接体系,自顶层向下,层间位移越来 越大,呈上凹形,与悬臂梁 的剪切变形曲线类似。故称 “剪切型”,自底层向上,位移增量 越来越大,呈下凹形, 与悬臂梁的弯曲变形曲 线类似。故称“弯曲型”,框架与剪力墙的共同工作性能,一、结构的侧移特性,由于楼盖的刚性连接作用,两者的变形必须协调,称“弯剪型。具体形状随刚度特征值 而变化:当 较小时,侧移曲线较接近剪力墙结构;当 较大时,侧移曲线较接近框架结构。,二、结构的内力分布特征,、框架剪力墙结构的类型,(1)框架剪力墙结构,适用范围:层,H/B不宜大于45,适用范围: 25层以下的房屋,最高不宜超过30层
9、 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,.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,筒中筒结构的平面布置和楼板布置,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
10、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: 深梁高度: 层以下,外筒体,框架筒体结构体系,南京金陵饭
11、店 37层,108米,框架-筒体结构,1983年建成。,广州中信大厦 37层,322米高,97年建成,上海金茂大夏 1998年建成, 框架部分采用了钢骨混凝土,88层,总高度达到421米,是目前中国最高的建筑。,深圳地王大厦 68层,325m,框架部分为钢结构,96年建成。,筒体结构,上海金茂大厦 88层,建筑高度420.5m,建筑面积28.9万平方米,于1998年8月28日竣工。钢筋混凝土核心筒,外框钢骨混凝土及钢柱。,上海金贸大厦采用的是框架核心筒结构,建筑物88层,高420.5米。钢筋混凝土核心筒呈八角形,周边8根钢骨混凝土柱底部截面1.5mX5m,柱中配置2根焊接H型钢。,金茂大厦内部
12、结构,深圳帝王大厦81层,高325米。是我国目前最高的钢 混凝土组合结构,58层以下采用钢骨混凝土柱。,马来西亚双塔楼 88层,450米,框筒结构,1996年建成。,巨型框架结构体系,香港汇丰银行,五 筒中筒结构,层以上,不宜超过层,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
13、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,筒体结构受力特点,整个截面变形基本符合平截面假定。水平荷载下,不仅腹板参与工作,翼缘也完全参与工作。,一、实腹筒,剪力墙既承受弯矩又承受剪力作用;而筒体的弯矩主要由翼缘承担,剪力主要由腹板承担。,当筒体高宽比小于1时,侧移以剪切变形为主,位移曲线呈剪切型; 当高宽比大于4时,侧移以弯曲变形为主,位移曲线呈弯曲型; 当高宽比介于14之间时,侧向位移曲线介于剪切型与弯曲型之间。,二、框筒,普通框架仅考虑平面内的承载能力和刚度,而忽略平面外的作用;,框筒结构的水平剪力主要有腹板框架承担,整体弯矩则主要有一侧受拉,另一侧受压的翼缘框架承担。,
14、框筒的腹板框架和翼缘框架在角区附近的应力大于实腹筒体,而在中间部分的应力均小于实腹筒体,这种现象称为剪力滞后。,广东国际大厦 1990年建成,63层,底层层高4m,标准层3m,总高200.18米。外筒平面尺寸35.1m37m,由24根中柱和4根异形角柱组成;内筒为16.8m22.8m的矩形平面,壁厚300700mm。,香港中环中心广场 60层,374米,92年建成。,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。,、桁架筒的受力特点,图例:巨型结构(香港中国
15、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。,美国西尔斯大厦 110层,443米,束筒钢结构,1974年建成。 允许位移
16、900mm,实测460mm。 用钢76000吨,砼55700立方米,安装了102部高速电梯。,150层,5166层,6790层,91层以上,芝加哥西尔斯大厦(Sears Tower)是世界第二美国第一高楼,仅次于吉隆坡石油大厦双塔,110层443米,建成于1974年。结构体系为模数化的束筒结构,由九个单筒组成,每个筒体平面为边长22.86米的正边形,沿高度分段截断。 FBI确信,纽约的地理坐标世界贸易大厦倒塌后,作为芝加哥地理坐标的西尔斯大厦,已经成为恐怖分子的下一个目标。,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
17、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,筒体外伸结构体系,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,巨型框架结构体系,香港汇丰银行,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
18、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3
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- 15-17第7章 剪力墙结构体系 15 17 剪力 结构 体系
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