三峡大学土木与建筑学院建筑结构与选型课件第三章剪力墙结构体系

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1、第三章剪力墙结构体系第一节剪力墙的概念和结构效能在第二章曾经指出，当房屋层数更多或高宽比更大时，骨架式框架结构的梁、柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。这时采用高强度的结构材料，虽然能够减少构件尺寸和减轻房屋的重量，但反过来这样又会使房屋更加柔软，并且对于水平力作用的反应更为敏感。因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小、水平位移大”的柔性持点，框架对水平荷载的动力反应特别敏感，故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。因此，当房屋向更高层发展时，解决问题的正确途径，应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗侧

2、力刚度的有效措施，就是在房屋中设置一些墙片——剪力墙。为什么设置一些墙片就可提高抗侧力刚度?为什么这些墙片叫做“剪力墙”?在下面的解释中将可获得理解。层数很多的框架，意味着房屋的高宽比很大。这时，水平荷载对框架的威胁很严重，不仅使到框架的弯矩会很大，而且，柱子负担的铀向力和剪力也很大，尤其是底层柱子的轴向力和剪力更是大得惊人。从力的平衡关系看(图3—1)，因为房屋很高．水平荷载产生的倾覆力矩将很大，反过来看，由于房屋宽度相对很小，柱子要抵抗这个倾覆力矩就很吃力，柱子以很有限的截面尺才去承担那么大的轴向力和剪力就显得不容易对付。在这情况

3、下，有效的解决办法就是设置一些墙片以代替框架(图3—2)。这墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁(图3—3)。由于深梁的抗弯惯性短大，换言之，抗侧力刚度就大大的提高了；同时，从这块大截面墙片的受剪效能看，它的抗剪能力比框架强得多。这种墙片为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度，所以一般称这种墙片为“抗剪墙”或“剪力墙”。第二节剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围“剪力墙”作为抗侧力构件用于高层建筑上，其主要效能在于提高房屋的抗侧力刚度。随着房屋高度的不断增加，所需抗侧力刚度的要求也逐渐增长，为了满足房屋在一定高度时对刚度的要求能够得以实

4、现，就必须运用”剪力墙”这一手段，并创造出各式各样的新型结构体系。当前，剪力墙结构体系主要有：框架剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒式结构等四大类。一、框架—剪力墙结构框架—剪力墙结构就是在框架体系的房屋中设置一些剪力墙来代替部分框架(图3—4)。在整个体系中，框—剪同时存在，剪力墙负担绝大部分的水平荷载，而框架则以负担竖向荷载为主，两者共同受力、合理分工，物尽其用。剪力墙作为加强框架体系的抗侧力之用，结构体系的侧力刚度得以大大提高，房屋在水平荷载作用下的侧移将大大减少。从图3—5所示看，在侧向力作用下，框架本身的轴变形如图3

5、—5a所示，而剪力墙本身的自由变形则应如图3—5b所示(好像竖向的悬臂梁一样发生弯曲)。但由于各层楼面在其自身平面上的刚度很大，这就迫使剪力墙与框架在每层楼面标高处的侧移要相等，为了迫使剪力墙与框架的变形挠曲形式协调一致，它们之间必然产生相互作用的内力。这样，在房屋上而部分，剪力墙被框架往后拉；而在房屋下面部分，剪力墙被框架向前推，见图3—5c所示。这些内力相互作用的结果．使整个组合体系的最后变形为一平缓的s形曲线，房屋的侧移就大为减少。框架—剪力墙结构由于是以框架体系为主体，以剪力墙为辅助补救框架结构之不足的一种组合体系。因此，这种

6、结构体系属半刚性结构体系。这种结构适用于25层以下的房屋，最高不宜超过30层(在设计烈度为8度和8级以上的地震区，5层以上的工业厂房也应采用框—剪体系)这种结构体系，由于剪力墙的存在，一定程度上限制了建筑平面市置的灵活性。因此，这种体系用于旅馆、公寓、住宅等建筑最为适宜。事实上，绝大多数的高层房屋都是框架—剪力墙结构，因为剪力墙的设置除了在房屋内作平行墙体布置外，还可利用房屋的山墙、电梯井或楼梯井周围的间墙，只要做成现浇钢筋混凝土的墙体，即可作为剪力墙之用。因此，在建筑平面上布置得很得体的一片剪力墙，既能起到结构上的应有作用，又能做到

7、对建筑上的使用功能不受妨碍。图3—6展示某些框架—剪力墙结构体系的典型平面布置，这些布置是根据平面几何图形来考虑的。框架—剪力墙结构体系用在15—25层的高层建筑实例很多，在我国如18层的新北京饭店，17层的上海提蓝桥旅馆和18层的广州市人民大厦，就是用框架—剪力墙结构体系建造的。框架—剪力墙结构的抗震、抗风性能优于纯框架结构。按我国经验，在非地震区，框架—剪力墙结构的高度可达120m左右，地震区7度设防时可达100m左右，8度设防高度可达90m左右，9度设防时则不宜超过40m。建筑物的高宽比不宜大于4—5。二、剪力墙结构随着房屋层数

8、相高度的进一步增加(一般当房屋层数超过25层以上〕，水平荷载对房屋的影响更加利害，如果仍然采用框架—剪力墙结构体系，则需要设置的剪力墙数将要大幅度增加．以至整个房屋中剩下的框架寥寥无几，为简化设计和施工起见，则宜采用全部