2 抗侧力结构与布 置Ⅰ

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1、1 第第2章 抗侧力结构与布置章 抗侧力结构与布置 PPT soilfoundation password foundation 周葆春 工学博士周葆春 工学博士 Email zhoubcxynu 2 高层建筑最突出的外部作用是水平荷载 故其结构体系常称为高层建筑最突出的外部作用是水平荷载 故其结构体系常称为抗 侧力结构体系 抗 侧力结构体系 lateral load resisting system 基本的钢筋混凝土 基本的钢筋混凝土抗侧力结构单元抗侧力结构单元有有框架框架 剪力墙剪力墙 筒体筒体等 由 它们可以组成各种 等 由 它们可以组成各种结构体系结构体系 在高层建筑结构设计中 正确地

2、选用结构体系和合理地进行结构 布置是非常重要的 本章介绍高层建筑混凝土结构体系和结构布置方面的内容 在高层建筑结构设计中 正确地选用结构体系和合理地进行结构 布置是非常重要的 本章介绍高层建筑混凝土结构体系和结构布置方面的内容 3 2 1 框架结构框架结构 2 2 剪力墙结构剪力墙结构 2 3 框架框架 剪力墙结构剪力墙结构 2 4 板柱板柱 剪力墙结构剪力墙结构 2 5 框架框架 支撑结构支撑结构 2 6 筒体结构筒体结构 2 7 框架框架 核心筒结构核心筒结构 2 8 巨型结构巨型结构 2 9 抗侧力结构体系的适用高度及高宽比抗侧力结构体系的适用高度及高宽比 2 10 建筑体形和结构总体布

3、置建筑体形和结构总体布置 2 11 变形缝的设置变形缝的设置 2 12 基础形式基础形式 4 2 1 框架结构框架结构 frame structure 1 定义定义 由梁 柱组成的结构单元称为框架由梁 柱组成的结构单元称为框架 全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受的结构体系称为框架结构全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受的结构体系称为框架结构 横向主梁横向主梁 柱柱 纵向连系梁纵向连系梁 5 由于普通框架的柱截面一般大于墙厚 室内出现棱角 影响房间的 使用功能及观瞻 因此 出现了由 形 形 形或十字形截面柱构 成的 由于普通框架的柱截面一般大于墙厚 室内出现棱角 影响房间的 使用功能及观瞻 因此 出现

4、了由 形 形 形或十字形截面柱构 成的异形柱框架异形柱框架 frame with special section column 结构结构 异形柱框架结构平面示例异形柱框架结构平面示例 6 2 分类分类 按施工方法不同 框架结构可分为现浇式 装配式和装配整体式三种 在 地震区 多采用梁 柱 板全现浇或梁柱现浇 板预制的方案 在非地震区 有时可采用梁 柱 板均预制的方案 按施工方法不同 框架结构可分为现浇式 装配式和装配整体式三种 在 地震区 多采用梁 柱 板全现浇或梁柱现浇 板预制的方案 在非地震区 有时可采用梁 柱 板均预制的方案 框架结构平面及剖面示意图框架结构平面及剖面示意图 7 3 受力

5、变形特点受力变形特点 框架结构的侧移一般由两部分组成 框架结构的侧移一般由两部分组成 1 水平力引起的 水平力引起的楼层剪力楼层剪力 使梁 柱构件产生弯曲变形使梁 柱构件产生弯曲变形 形成框架结构 的整体剪切变形 形成框架结构 的整体剪切变形Us 与悬臂柱剪切变形的曲线形状相似 称为剪切型变形曲线 与悬臂柱剪切变形的曲线形状相似 称为剪切型变形曲线 2 由水平力引起的 由水平力引起的倾覆力矩倾覆力矩 使框架柱产生轴向变形使框架柱产生轴向变形 一侧柱拉伸 另 一侧柱压缩 形成框架结构的整体弯曲变形 一侧柱拉伸 另 一侧柱压缩 形成框架结构的整体弯曲变形Ub 与悬臂柱弯曲变形的曲线形状相似 称为弯

6、曲型变形曲线 与悬臂柱弯曲变形的曲线形状相似 称为弯曲型变形曲线 3 当框架结构房屋的层数不多时 其 当框架结构房屋的层数不多时 其侧移主要表现为整体剪切变形侧移主要表现为整体剪切变形 整 体弯曲变形的影响很小 框架结构属于柔性结构 侧移主要表现为整体剪切变形 整 体弯曲变形的影响很小 框架结构属于柔性结构 侧移主要表现为整体剪切变形 8 剪切型变形与弯曲型变形剪切型变形与弯曲型变形 9 框架结构的侧移框架结构的侧移 10 4 优缺点优缺点 1 优点 建筑平面布置灵活 能获得大空间 特别适用于商场 餐厅等 也 可按需要隔成小房间 建筑立面容易处理 结构自重较轻 计算理论比较成 熟 在一定高度范

7、围内造价较低 优点 建筑平面布置灵活 能获得大空间 特别适用于商场 餐厅等 也 可按需要隔成小房间 建筑立面容易处理 结构自重较轻 计算理论比较成 熟 在一定高度范围内造价较低 2 缺点 侧向刚度较小 水平荷载作用下侧移较大 有时会影响正常使用 如 果框架结构房屋的高宽比较大 则水平荷载作用下的侧移也较大 而且引起 的倾覆作用也较大 因此 设计时应控制房屋的高度和高宽比 以 缺点 侧向刚度较小 水平荷载作用下侧移较大 有时会影响正常使用 如 果框架结构房屋的高宽比较大 则水平荷载作用下的侧移也较大 而且引起 的倾覆作用也较大 因此 设计时应控制房屋的高度和高宽比 以15 20 层以下为宜 层以

8、下为宜 11 2 2 剪力墙结构剪力墙结构 shear wall structure 1 定义定义 由钢筋混凝土墙承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构 由钢筋混凝土墙承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构 剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图 12 建筑物高度较大时 如仍用框 架结构 则将造成过大的柱截面尺 寸 且影响房屋的使用功能 用钢筋混凝土墙代替框架 能 有效地控制房屋的侧移 建筑物高度较大时 如仍用框 架结构 则将造成过大的柱截面尺 寸 且影响房屋的使用功能 用钢筋混凝土墙代替框架 能 有效地控制房屋的侧移 由于这种钢筋混凝土墙有时主 要用于承受水平荷载 使墙体受剪 和受弯 故称为剪力墙 由于这种钢筋混

9、凝土墙有时主 要用于承受水平荷载 使墙体受剪 和受弯 故称为剪力墙 如整幢房屋的竖向承重结构全 部由剪力墙组成 则称为 如整幢房屋的竖向承重结构全 部由剪力墙组成 则称为剪力墙结 构 剪力墙结 构 剪力墙的受力状态剪力墙的受力状态 13 剪力墙结构房屋平面布置示意图剪力墙结构房屋平面布置示意图 14 2 受力变形特点受力变形特点 在竖向荷载作用下 剪力墙是在竖向荷载作用下 剪力墙是受压的薄壁柱受压的薄壁柱 在水平荷载作用下 剪力墙则是 在水平荷载作用下 剪力墙则是下端固定 上端自由的悬臂柱下端固定 上端自由的悬臂柱 1 剪力墙结构属于刚性结构 侧向变形呈 剪力墙结构属于刚性结构 侧向变形呈弯曲

10、型弯曲型 2 剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大 剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大 侧向变形较小侧向变形较小 3 优缺点优缺点 1 优点 剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大 侧向变形较小 房间墙面 及天花板平整 层高较小 特别适用于住宅 宾馆等建筑 结构高度 几十米 优点 剪力墙结构水平承载力和侧向刚度均很大 侧向变形较小 房间墙面 及天花板平整 层高较小 特别适用于住宅 宾馆等建筑 结构高度 几十米 100多米 多米 2 缺点 结构自重较大 建筑平面布置局限性大 较难获得大的建筑空间 一 般剪力墙间距 缺点 结构自重较大 建筑平面布置局限性大 较难获得大的建筑空间 一 般剪力墙间距3

11、 8m 15 4 框支剪力墙结构框支剪力墙结构 shear wall supported on columns 1 框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架 这种结构亦称为带转换层高层建筑结构 框支剪力墙结构将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架 这种结构亦称为带转换层高层建筑结构 2 破坏特点 带转换层高层建筑结构在其转换层上 下层间侧向刚度 发生突变 形成柔性底层或底部 在地震作用下易遭破坏甚至倒塌 破坏特点 带转换层高层建筑结构在其转换层上 下层间侧向刚度 发生突变 形成柔性底层或底部 在地震作用下易遭破坏甚至倒塌 3 布置原则 在底部大空间剪力墙结构中 一般应把落地剪力

12、墙布置 在两端或中部 并将纵 横向墙围成筒体 另外 还应采取增大墙体厚度 提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度 使上 下部侧向刚度差 别尽量小 布置原则 在底部大空间剪力墙结构中 一般应把落地剪力墙布置 在两端或中部 并将纵 横向墙围成筒体 另外 还应采取增大墙体厚度 提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度 使上 下部侧向刚度差 别尽量小 16 框支剪力墙结构框支剪力墙结构 17 5 短肢剪力墙 短肢剪力墙 short pier shear wall 结构 结构 短肢剪力墙是指短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为墙肢截面高度与厚度之比为5 8的的剪力墙剪力墙 高层建筑结构不应采用全

13、部短肢剪力墙的剪力墙结构 短肢剪力墙较多时 应布置筒体 或一般剪力墙 形成短肢剪 力墙与筒体 或一般剪力墙 共同抵抗水平力的剪力墙结构 一般是在电梯 楼梯部位布置剪力墙形成筒体 其他部位则根据 需要 在纵横墙交接处设置截面高度为 高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构 短肢剪力墙较多时 应布置筒体 或一般剪力墙 形成短肢剪 力墙与筒体 或一般剪力墙 共同抵抗水平力的剪力墙结构 一般是在电梯 楼梯部位布置剪力墙形成筒体 其他部位则根据 需要 在纵横墙交接处设置截面高度为2m左右的 十 形截面短 肢剪力墙 形成使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系 左右的 十 形截面短 肢剪力墙 形成

14、使用功能及受力均较合理的短肢剪力墙结构体系 18 2 3 框架框架 剪力墙结构剪力墙结构 frame shear wall structure 1 定义定义 为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特 点 当建筑物需要有较大空间 且高度超过了框架结构的合理高度时 可 采用 为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特 点 当建筑物需要有较大空间 且高度超过了框架结构的合理高度时 可 采用框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力的结构 的结构 剪力墙剪力墙 框架梁框架梁 框架梁 剪力墙剪力墙 框架梁框架梁 框架梁 剪力墙 剪力墙 剪力

15、墙 剪力墙 19 2 受力变形特点受力变形特点 框架框架 剪力墙结构体系以框架为主 并布置一定数量的剪力墙 通过 水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载 其中剪力墙 承担大部分水平荷载 框架只承担较小的一部分 在水平荷载作用下 剪力墙结构体系以框架为主 并布置一定数量的剪力墙 通过 水平刚度很大的楼盖将二者联系在一起共同抵抗水平荷载 其中剪力墙 承担大部分水平荷载 框架只承担较小的一部分 在水平荷载作用下 框架的侧向变形框架的侧向变形属属剪切型剪切型 层间侧移自上而下 逐层增大 层间侧移自上而下 逐层增大 剪力墙的侧向变形剪力墙的侧向变形一般是一般是弯曲型弯曲型 其 其层间侧移自上

16、而下逐层 减小 层间侧移自上而下逐层 减小 当框架与剪力墙通过楼盖形成框架 当框架与剪力墙通过楼盖形成框架 剪力墙结构时 各层楼盖因其巨 大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致 剪力墙结构时 各层楼盖因其巨 大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致 其侧向变形介于剪切型 与弯曲型之间 一般属于弯剪型 其侧向变形介于剪切型 与弯曲型之间 一般属于弯剪型 20 21 3 优点优点 兼有框架和剪力墙的优点 比框架结构的水平承载力和侧向刚度 都有很大提高 比剪力墙结构布置灵活 可应用于 兼有框架和剪力墙的优点 比框架结构的水平承载力和侧向刚度 都有很大提高 比剪力墙结构布置灵活 可应用于 10 20 层的办公楼 教学楼 医院和宾馆等建筑中 层的办公楼 教学楼 医院和宾馆等建筑中 4 框架框架 剪力墙结构中剪力墙的数量和布置 剪力墙结构中剪力墙的数量和布置 1 剪力墙的数量 不宜过多 以满足位移限值为宜 剪力墙的数量 不宜过多 以满足位移限值为宜 2 剪力墙的布置 不宜过长 不宜少于 剪力墙的布置 不宜过长 不宜少于3道 最好围成筒体 对 称布置 在纵横向数量接近 应贯通全高 上下刚度连贯而均