剪力墙结构简介.ppt

剪力墙简介,剪力墙的概念,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强大，而且，柱子负担的轴向力和剪力也很大，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，因为房屋很高水平荷载产生的倾覆力偶将很大，柱子要抵抗这个倾覆力偶就很吃力。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。,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,框架-剪力墙结构,框支剪力墙结构,筒体结构,剪力墙结构,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。,(2）双肢剪力墙,剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,(3)联肢剪力墙,（4）壁式框架,剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,剪力墙开洞面积很大，连系梁和墙肢的刚度均比较小，整个剪力墙的受力与变形接近于框架，几乎每层墙肢均有一个反弯点，这类剪力墙称为壁式框架。,剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,(5)框支剪力墙,(6)错洞剪力墙,剪力墙的分类,按剪力墙的整体性(墙体开洞大小)分,带小墙肢的剪力墙,为满足底部大空间的建筑要求，可将底部剪力墙改为框架，常称为底部大空间剪力墙结构。图为大连市友好广场高层住宅的结构布置，该建筑为15层，采用大模板施工。,剪力墙的分类,剪力墙的特点,剪力墙结构体系的优点：结构整体性强抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易得到满足，适于建造较高的建筑。集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料；抗震性能好，具有承受强烈地层裂而不倒的良好性能；用钢量较省；与框架结构体系相比施工相对简便与快速。,剪力墙结构的变形特征,自底层向上，位移增量 越来越大，与悬臂梁的弯曲变形曲 线类似。故称“弯曲型”,剪力墙弯、剪变形特点,.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层以下为宜全剪力墙的高宽比不宜大于6,框支剪力墙结构,底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅,框支剪力墙结构,缺点：房屋刚度突变,避免房屋刚度突变的措施,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,结构转换层：主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。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,框支剪力墙结构,框支剪力墙结构震害特点,由于底层的竖向荷载和水平荷载全部由底层框架来承受，其主要特点是侧向刚度在底层楼盖处发生突变。从已有的框支剪力墙震害资料表明：这种结构在地震作用下往往由于从上别下刚度突变，底层框架刚度太弱、强度不足、侧移过大、延性不足而出现破坏，甚至导致结构倒塌，这类结构的震害足严重的。,设计中应注意的问题：,（1）框支墙与落地墙的比例。在地震区，一般要限制框支墙的总榀数不超过全部横墙榀数的50，也就是说框支墙占墙体的比例宜控制在l2以内。（2）增加落地剪力墙的厚度(但不宜超过原墙厚的2倍)，提高落地前力墙与框架柱的强度等级，减少洞口尺寸，控制落地剪力墙的间距不宜大于建筑物宽度的2.5倍；把落地剪力墙组合布置成筒状或工字形等来增加结构底部的总抗侧刚度。,框支剪力墙结构震害特点,设计中应注意的问题：,（3）避免在框支楼盖顶处发生刚度急剧突变，为了保证刚度的变化能顺利地传递和转变必须对框支楼盖层的设计作特殊的要求，如板厚不宜小于180mm，采用现浇钢筋混凝土且强度等级不宜低于C30，并应采用双向上下配筋、配筋率不宜低于0.25；楼板的外侧边可利用纵向框架梁或底层外纵墙加强。楼板开洞位置距外侧边应尽量远一些，在框支墙部位楼板则不宜开洞。(4)根据建筑使用功能，也可将底层框架扩展为23层刚度随层高逐渐变化，使刚度逐渐减弱而避免突变。(5)在框架的最上面一层设置设备层，作为刚度的过渡层(即转换层)，使结构转换层上下刚度较为接近。(6)框支梁、柱截面的确定。框架梁柱是底部大空间部分的重要支承，它主要承受垂直荷载及地震倾覆力矩、其断面尺寸要通过内力分析，从结构强度、稳定和变形等方面确定。框架梁高度一般可取（1618）梁跨，框架柱截面应符合轴压比N/fcbh，N为地震力及竖向荷载作用组合的计算轴力，fc为柱混凝土轴心受压设计强度,框支剪力墙结构震害特点,其他在结构上还有若干措施，如在剪力墙肢端增设暗柱，以及规定一些最小配筋率及搭接长度等，其结构加强措施视具体情况酌情处理和采用。,综上所述，框支剪力墙在竖向布置时为防止刚度突变应采取各种措施，使其大空间底层的层刚度变化率r接近于1，不宜大于2；不宜在地震区单独使用框支剪力墙结构，即需要时可采取框支剪力墙与落地剪力墙协同工作结构体系,跳层剪力墙结构,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层住宅每栋节约造价：45万元。抗震性能加强。,大小间距墙体方案的地震反应比较,框架-剪力墙结构,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,受力变形特点,框架剪力墙结构的类型,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,框架剪力墙结构的类型,结构体系选择,主要考虑因素建筑物高度-结构抗侧刚度与抗震性能建筑物用途-建筑平面布置，空间利用要求高层的控制因素水平荷载和刚度而不是竖向荷载和强度抗侧移能力砖混结构框架结构框剪结构剪力墙结构框筒结构筒中筒结构成束筒结构巨型框架结构,框架结构15层以下（最经济为10层）框架-剪力墙结构30层以下（最适宜为1125层）剪力墙结构-40层以下（最适宜为1640层）框筒结构30层以下筒中筒结构30层以上的超高层,各种结构体系的适用层数,房屋适用的最大高度与结构体系,房屋类型与结构体系,结构要求：剪力墙面积符合刚度要求刚度中心与几何中心尽量符合同时纵向与横向刚度增强建筑要求：利用山墙、电梯井、楼体井周围墙体作剪力墙剪力墙体与框架轴线复合,剪力墙布置考虑结构、建筑需求,剪力墙的形状和位置,剪力墙的形状剪力墙对水平荷载的反应与其形状有关开口的1型、L型、Z型、槽型、I型、T型封闭的方形、三角形、圆形,剪力墙的抗侧力效果与剪力墙的形状和位置有关,剪力墙的布置原则,(1)剪力墙在平面上应沿建筑物主轴方向布置 当建筑物为矩形、T形和L形平面时，剪力墙应沿两个主轴方向布置；建筑物为形、Y形、十字形平面时，剪力墙应沿三个或四个主轴方向布置，形平面，则沿径向布置成辐射状,剪力墙的布置原则,（2)剪力墙片应尽量对直拉通，否则不能视为整体墙片。但当两道墙错开距离d3bw(bw为墙厚度）时；或当墙体在平面上为转折形状，其转角a15度时才可近似当作整体平面剪力墙对待。,剪力墙的布置原则,(3)剪力墙结构的平面形状力求简单、规则对称，墙体布置力求均匀，使质量中心与刚度中心尽量接近。(4)剪力墙结构应尽量避免竖向刚度突变，墙体沿竖向宜贯通全高，墙厚度沿坚向宜逐渐减薄，在同结构单元内宜避免错层及局部夹层。(5)全剪力墙体系从剪力墙布置均衡来考虑，在民用建筑中，一般横墙短而数量多，纵墙长而数量少因此，纵横向剪力墙的布置需适应这个特点。,横向剪力墙的问距，从经济考虑，不宜太密，一般不小于68m纵向剪力墙 一般设为二道、二道半、三道或四道,剪力墙的布置原则,对抗震要求的建筑，应避免抗震性能不良的鱼骨式的平面布置,当建筑平面形状任意时，在受力复杂处，剪力墙应适当加密,鱼骨式剪力墙平面布置图,在受力复杂处加密剪力墙,剪力墙的布置原则,（8）剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以能纵横向相互连在一起为有利，这样，对增大剪力墙刚度很有好处。(9)剪力地的平面布置有两种力案 横墙承重方案：横墙间距即为楼板的跨度通常剪力墙的间距为68m较为经济。纵横墙共同承重方案：楼板支承在进深大梁和横向剪力墙上，而大梁又捆置在纵墙上，形成纵横墙共同承重方案。在实际工程中以横墙承重方案居多数，有时也采用纵横墙共同承重的结构方案。,剪力墙的布置原则,(10)当建筑使用功能要求有底层大空间时，可以使用框支剪力墙，但一般均应有落地剪力墙协同工作。(11)框支剪力墙与落地剪力墙协同工作体系中，以最常见的矩形建筑平面为例，落地横向剪力墙数量占全部横向剪力墙数量之百分比率：非抗震设计时不少于30，抗震设计时不少于50。(12)落地剪力墙的间距L应满足的条件 非抗震设计时：L3B，L36m(B为楼面觅度)抗震设计时：L2BL24m(底部为12层框支层时),(13)上下剪力墙的刚度比r宜尽量接近于1。非抗震设计时，r不应大于3，抗震设汁时，r不应大于2。(14)框支剪力墙托梁上方的一层墙体不宜设置边门洞，旦不得在中柱上方设门洞。落地剪力墙尽量少开窗洞，若必需开洞时立布置在墙体的中部.（15）转换层楼板混凝土强度等级不宜低于C30，并应采用双向上下层配筋。楼板开洞位置尽可能远离外侧边，大空间部分的楼板不宜开洞，与转换层相邻的楼板也应适当加强。(16)框支梁、柱截面尺寸框支梁宽度不宜小于上层墙体厚度的2倍，且小于400mm。框支梁高度：当进行抗震设计时不应小于跨度的16；进行非抗震设计时小应小于跨度的18，也可采用加腋梁。框支柱的截面宽度宜与粱宽相等，也可比梁宽度大50；非抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于400mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的1/15；进行抗震设计时框支柱的截面宽度不宜小于450mm，框支柱截面高度不宜小于梁跨度的112，柱净高与截面长边尺寸之比宜大4,剪力墙的布置原则,剪力墙的布置原则,(17)框支梁、柱的混凝土等级均不应低于C30。(18)对于底层大空间，上层鱼骨式剪力墙结构，当建筑总高度不超过50m，抗震烈度为78度时，纵横方向的落地剪力墙与框支剪力墙宜采用图所示的平面布置方式。图(a)表示在一个结构单元(般不宜超过60m)中落地剪力墙纵横向集中为筒体，布置在结构单元的两端；图(b)表示当结构单元较长时，可在中部加一道落地剪力墙如结构单元再加长时，如图所示那样在中间设一个落地筒体。,框-剪体系的剪力墙布置,剪力墙数量 以满足位移限制为宜,剪力墙数量约512cm/m2建筑面积剪力墙的布置及间距 将剪力墙分散一些，当做成单片墙时，不宜少于3道，最好是做成筒体形状剪力墙间距不宜过大：现浇楼板，剪力墙间距L=4B 预制楼板，剪力墙间距L=2.5B,为什么剪力墙间距不宜过大？,（4）在两片剪力墙（或两筒体）之间布置框架时，楼盖必须有足够的平面内刚度，才能将水平剪力传递到两端的剪力墙上去，发挥剪力墙为主要抗侧力结构的作用。一般现浇钢筋混凝土楼盖LB不能大于4.0；装配式钢筋混凝土楼盖LB不能大于3.0；,框-剪体系的剪力墙布置,为了保证楼板刚度，剪力墙间距不宜过大，否则，在水平荷载作用下，楼板会在自身平面内发生弯曲和剪切变形，使框架承担的实际水平荷载比计算的大,柱网和剪力墙任意布置,房屋平面形状任意时，剪力墙和柱网就不能采用正交布置,柱网和剪力墙任意布置时，剪力墙布置应注意以下几点：（1）横向剪力墙应布置在平面形状或刚度变化处以及靠近房屋区段的两端,柱网和剪力墙任意布置,（2）纵向剪力墙如布置在较长房屋的两端且相距较远时，应进行温度应力验算，并采取设置施工缝等措施，以减少温度和收缩应力（3）剪力墙的数量要得当，过多地布置剪力墙，并不能减少框架受力，反而增加了剪力墙的用量,剪力墙的主要构造要求,一、剪力墙的材料现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20二、剪力墙的厚度按一级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20，且不应小于160mm；按二、三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25，且不应小于 140mm。有边框时，剪力墙的厚度不应小于墙体净高的1/30，且不应小于 120mm；无边框时，剪力墙的厚度不应小于楼层高度的1/25，且不应小于 140mm。,剪力墙的主要构造要求,三、剪力墙的配筋剪力墙厚度=200mm时，应双层配筋。山墙及相邻第一道内横墙，楼梯间或电梯间墙及内纵墙等都应双层配筋。,剪力墙所适应的最大高度和高宽比,钢筋混凝土结构的最大适应高度和高宽比应分为A级和B级,A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系适用的最大高度分别于表,剪力墙所适应的最大高度和高宽比,A级、B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层剪力墙结构体系的高宽比限值不宜超过下表,剪力墙墙体上开洞的基本要求,剪力墙墙体上开洞的位置和大小会从根本上影响剪力墙的分类及其相应的受力状态与变形特点。设计中要求建筑、结构、设备等专业协作配合，合理布置墙体上的洞口，避免出现对抗风、抗震不利的洞口位置，对于放大的洞口应尽量设计成上下洞口对齐成列布置，使能形成明确的墙肢相连梁，尽量避免上下洞口错列的不规则布置,(1)如由于建筑使用功能要求而上下洞口不能对齐成列而需要错开时，应根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32002)的规定进行应力分析及截面配筋设计。,对于错洞墙工程实践中常采取下列措施,剪力墙墙体上开洞的基本要求,一般错洞墙当必须采用错洞墙时，洞口错开距离不宜小于2,剪力墙墙体上开洞的基本要求,叠合错洞墙抗震设计及非抗震设计个均不宜采用叠合错洞墙，当必须采用时，应按图所示的暗框式配筋。,当采用这种形式的剪力墙时，其标准层洞口部位的竖向钢筋应延伸至底层，并在一、二层形成上下连续的暗柱，二层洞口下设暗梁，并加强配筋。底层墙截面的暗柱应伸入二层，见图所示。,剪力墙墙体上开洞的基本要求,底层局部错洞墙,剪力墙墙体上开洞的基本要求,对于宽墙肢(即剪力墙的截面高度过大)，一般当其截面高度大于8m时可开门窗洞(若建筑使用功能许可)或开结构洞(若建筑使用功能在该部位不需要开洞)，事后再行堵砌，见图，使一道剪力墙分为若干较均匀的墙肢。各墙肢可以是整体墙、小开口墙、联肢墙或壁式框架，各墙肢的高宽比均不宜小于2。,剪力墙墙体上开洞的基本要求,门窗洞口的设置中应避免出现宽度B3b(b为墙肢厚度)的薄弱小墙肢，研究表明，这种薄弱小墙肢在地震作用下台出现早期破坏，即使加强纵向配筋及箍筋也很难避免。,关于上述剪力墙开洞与不开洞相比，不仅受力功能不同、而且计算方法也不一样。总之，剪力墙以不开洞比开洞好；少开洞比多开洞好；开小洞比开大洞好；单排洞比多排洞好；洞口靠中比洞口靠边好。,剪力墙墙体上开洞的基本要求,若将洞口沿竖向成列布置，而使上下洞口之间的连梁有足够尺寸，同样可以保证抗剪强度的要求。,变形缝的设置与构造,种类：沉降缝、伸缩缝或防震缝区别：伸缩缝和防震缝仅将基础以上的房屋分开，而沉降缝则将房屋连同基础一起分开原则：在高层建筑中，目前的总趋势是避免设缝，并从总体布置上或构造上采取一些相应的措施来减少沉降差、温度收缩和体型复杂引起的问题。,1、沉降缝,沉降裂缝：形状：斜的，由下向沉降较大的一侧升高地点：土质松软、土层变化较大处基础处理方法不同处房屋在高度、重量、刚度有较大变化处房屋平面形状变化的凹角处,设置条件,（1）建筑物建在不同的地基土壤上；（2）当同一建筑物相邻高度相差在两层以上或部分高度差超过10m时；（3）当建筑物部分的基础底部压力值有较大差别时；（4）原有建筑物与新建建筑物之间；（5）当相邻的基础宽度和埋置深度相差悬殊时；（6）平面形状较复杂的建筑物，分成几个形状。沉降缝缝宽：见下表，一般为3070mm,断开构件：基础及其以上 2.沉降缝构造 墙体、楼地层、屋顶：和伸缩缝相似，缝宽加大，采用镀锌铁皮调节；基础：双墙方案 悬挑方案,设沉降缝目的：避免地基不均匀沉降时在房屋构件中产生裂缝方法：将结构从屋顶到基础整个断开，使各部分自由沉降，以避免由沉降差引起的附加应力对结构的危害。,(2)伸缩缝,目的：避免温度和混凝土收缩应力使房屋构件产生裂缝由于温度变化而引起的结构内力称温度应力,为了消除温度和收缩对结构造成的危害，混凝土结构规范规定了结构温度区段的长度。钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距,不设伸缩缝，需采取的几种措施：设后浇缝(后浇带)设控制缝局部设伸缩缝从布置及构造方面采取措施减少温度应力的影响 双层屋顶 高低错落屋顶,在房屋的下列部位应设防震缝：建筑平面突出部分较长处（如L形、T型、I形、H形、U形平面等）；房屋有错层，且楼面高较大处；房屋各部分的刚度、高度及重量相差悬殊处。,防震缝的最小宽度注：表中H为相邻结构单元较低的屋面高度(m),