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1、,第六章 框架- 剪力墙结构设计,第一节 框架-剪力墙结构的特点,一、概述 框架-剪力墙结构（框剪结构）它是框架结构和 剪力墙结构组成的结构体系,既能为建筑使用提供较 大的平面空间,又具有较大的抗侧力刚度。框剪结构 可应用于多种使用功能的高层房屋,如办公楼、饭店、 公寓、住宅、教学楼、实验楼、病房楼等。其组成形 式一般有：,1、框架与剪力墙(单片墙、联肢墙或较小井筒)分开布 置，各自形成抗侧力结构； 2、在框架结构的若干跨度内嵌入剪力墙(有边框剪力 墙)； 3、在单片搞抗侧结构内布置框架和剪力墙； 4、上述两种或几种形式的混合； 5、板柱结构中设置部分剪力墙(板柱-剪力墙结构)。,二、框架-剪
2、力墙结构协同工作 框剪结构由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组 成，这两种结构的受力特点和变形性质是不同的。在水 平力作用下，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线 呈弯曲型(图6-1a)，在一般剪力墙结构中，由于所有抗 侧力结构都是剪力墙，在水平力作用下各道墙的侧向位 移曲线相类似。楼层剪力在各道剪力墙之间是按其等效 刚度比例进行分配。楼层越高水平位移增长速度越快， 顶点水平位移值与高度是四次方关系：,式中 为总高度； 为弯曲刚度。 纯框架结构在水平力作用下，其变形曲线为剪切型 （图6-1b），楼层越高水平位移增长越慢，在纯框架结 构中，各榀框架的变形曲线类似。楼层剪力按框架柱的 抗推刚度D值
3、比例进行分配。,均布荷载时,倒三角形荷载时,（6-1）,（6-2）,框剪结构，既有框架，又有剪力墙，它们之间通 过平面内刚度无限大的楼板连接在一起，在水平力作 用下，使它们水平位移协调一致，不能各自自由变形， 在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移 必须相同，因此，框剪结构在水平力作用下的变形曲 线呈反S形的弯剪型位移曲线(图6-1c)。,从图中我们可以看出，框剪结构在水平力作用下， 由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层，因为剪力墙 位移小，它拉着框架变形，使剪力墙承担了大部分剪力， 而部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变 形反而小，所以，除负担水平力作用下的那部分剪力以 外
4、，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此中上部 楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，而框架中仍有相 当数值的剪力。在水平力作用下，框架与剪力墙之间楼 层剪力的分配比例和框架各楼层剪力分布情况，是随着 楼层所处高度而变化，与结构刚度特征值 直接相关 (图6-2)。,当 值很小时，如 ，即总框架的抗侧移刚度 比总剪力墙的等效抗弯刚度小很多时，结构侧移曲线 比较接近于剪力墙结构的侧移曲线，即曲线凸向原始 位置。反之，当 较大时，如 时,总框架的抗侧 移刚度比总剪力墙的等效抗弯刚度大很多时，结构侧 移曲线比较接近于框架结构的侧移曲线，此时，曲线 凹向原始位置。,图6-1 框架-剪力墙 结构变形特点,图6
5、2 框架剪力墙 结构变形曲线和 刚度特征值关系曲线,从图（6-3）可知，框剪结构中的框架底部剪力为零， 全部风荷载由剪力墙承受，因此，在框架剪力墙结构底部 是剪力墙帮助框架协同工作；从图中顶部来看，框架顶部 受有集中力，而外荷载为风荷载，结构顶部没有集中力， 所以，该集中力来自剪力墙，即在框架-剪力墙顶部是框架 帮助剪力墙工作。剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在 上部，而纯框架最大的剪力在底部。因此，当实际布置有 剪力墙(如楼梯间墙，电梯井道墙、设备管道井墙等)的框 架结构必须按框架结构协同工作计算内力，不应简单按纯 框架分析，否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全。,框剪结构在水平力作用下，
6、水平位移是由楼层层 间位移与层高之比 控制，而不是顶点水平位移 进行控制。层间位移最大值发生在(0.4-0.8)H范围的 楼层,H为建筑物总高度。具体位置应按均布荷载或倒 三角形分布荷载，可以协同基本任务侧移法计算表中 查出框架楼层剪力分布分配系数 最大值位置 确定。,外荷载 框架剪力墙总剪力V 剪力墙的剪力 框架的剪力,图63 框剪结构受力特点,三、框架-剪力墙结构的优越性 框架-剪力墙结构由延性较好的框架、抗侧力刚度 较大井有带边框的剪力墙和良好耗能性能的连梁所组成， 同时具有框架和剪力墙二者的优点，具有多道抗震防线， 从国内外经受地震震害调查表明，确为一种抗震性能很 好的结构体系。 在水
7、平力作用下，该结构体系剪力取用值比较接近， 梁、柱的弯左和剪力值变化小，使得梁、柱构件规格减 少，有利于施工。,第二节 框架-剪力墙结构布置,框架-剪力墙结构的最大适用高度、高宽比和层间位 移限值应符合第一章和第二章的有关规定。框架-剪力墙 结构的结构布置除应符合本章的规定外，其框架和剪力 墙的布置尚应分别符合第四章和第五章的有关规定。 框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，主体结 构构件之间不宜采用铰接。抗震设计时，两主轴方向均 应布置剪力墙。梁或柱与剪力墙的中线重合，框架的梁 与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。,一、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置 1、剪力墙的合理数量 多次地震灾
8、害的情况表明，在钢筋混凝土结构中， 剪力墙数量越多，地震灾害减轻越多。日本在分析十胜 冲地震和福井地震的钢筋混凝土建筑物震害结果发现这 样一条规律：墙越多，震害越轻。在1978年的罗马尼亚 地震和1988年前苏联亚美尼亚地震都揭示出框架结构抗 震在强震中大量破坏、倒塌，而剪力墙结构震害轻微。,一般说来，多设剪力墙对结构抗震是有利的。但是 剪力墙设置过多却又是不经济的。剪力墙设置过多，虽 然提高了结构的抗震能力，但也使得结构刚度太大，周 期太短，地震作用加大，不仅使上部结构材料增加，而 且带来基础设计的困难。此外，框剪结构中，框架的设 计水平剪力有最低限值，为了满足上述剪力墙数量的要 求，结构刚
9、度特征值宜不大于2.4。在此限值之外，剪力 墙再增多，框架消耗的材料也不会再减少。所以在综合 考虑了抗震和经济性的基础上，剪力墙应有一定的合理 数量。在结构设计中，剪力墙的合理数量选取可参照表 6-1决定。,不同墙率比值的框架剪力比值 表6-1,注：墙率 ；框架相应分配剪力为 ；墙率 ； 框架相应分配剪力为 ； 为楼层面积。,2、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求： （1）、剪力墙宜均匀地布置在建筑物的周边附近、楼 电梯间、平面形状变化恒载较大的部位;在伸缩缝、沉 降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。 （2）、平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附 近布置剪力墙；,（3）、剪力墙布
10、置时,如因建筑使用需要，纵向或横向 一个方向无法设置剪力墙时，该方向采用壁式框架成支 撑等抗侧力构件，但是，两方向在水平力作用下的位移 值应接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级 考虑。 （4）、剪力墙的布置宜分布均匀，各道墙的刚度宜接近, 长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢 墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。单片剪力 墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪 力的40%。,（5）、纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房 屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙， 否则在平面中适当部位应设置施工后浇缝以减少混凝土 硬化过程中的收缩应力影响，同时应加强
11、屋面保温以减 少温度变化产生的影响。 （6）、楼电梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞 边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结构结合，不宜 孤立地布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分； （7）、剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度的需 要，否则应考虑楼面平面变形的影响。,3、剪力墙的间距 在长矩平面或平面有一向较长的建筑中，其剪力墙 的布置宜符合下列要求： （1）、横向剪力墙沿长方向的间距宜满足表6-2的要求， 当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距 应予减小； （2）、纵向剪力墙不宜集中布置在两尽端。,剪 力 墙 间 距（m） 表6-2,注： 1、B楼面宽度； 2、装配整体式
12、楼盖指装配式楼盖上设有配筋现浇层，现浇层应 符合高层建筑结构设计的基本规定； 3、现浇部分厚度大于60mm的预应力叠合楼板可作为现浇板考虑。,4、框剪结构中的剪力墙宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱) 的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成 L形、T形及口形等(图6-4)，以增大剪力墙的刚度和抗扭 能力。,图64 相邻剪力墙的布置方式,图65 剪力墙的洞口布置,5、有边框剪力墙的布置除应满足以上第2 条外，尚应符 合下列要求： （1）、墙端处的柱(框架柱)应于保留，柱截面应与该片 框架其它柱的截面相同； （2）、剪力墙平面的轴线宜与柱截面线重合； （3）、与剪力墙重合的框架梁可保留，梁的配
13、筋按框架 梁的构造要求配置。该梁亦可做成宽度与墙厚相同的暗 梁，暗梁高度可取墙厚的2倍。,6、剪力墙上洞口宜布置在截面中部，避免开在端部或紧 靠柱边，洞口至柱边的距离不宜小于墙厚的2倍，开 洞面积不宜大于墙面积的1/6，洞口宜上下对齐，上 下洞口间的高度(包括梁)不宜小于层高的1/5(图6-5)。 7、剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减 薄，避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时，相邻 楼层刚度的减弱不宜大于30%，在刚度突变的楼层板 应按转换层楼板的要求加强构造措施。,8、框剪结构中，当取基本振型分析框架部分承受的地震 倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，框架的 抗震等级应按
14、框架结构考虑。 9、当框架结构中仅设置少量剪力墙时，剪力墙的布置应 符合以上第2条的要求，在计算分析中考虑该剪力墙 与框架的协同工作。,二、板柱-剪力墙结构及结构布置： 板柱-剪力墙结构指数层平面除周边框架间有梁,楼 梯间有梁，内部多数柱之间不设置梁，抗侧力构件主要 为剪力墙或核心筒。当楼层平面周边框架柱间有梁，内 部设有核心筒及仅有一部分主要承受竖向荷载而不设梁 的柱，此类结构属于框架-核心筒结构。板柱-剪力墙结 构布置应符合如下要求：,（1）、板柱-剪力墙结构应布置成双向抗侧力体系，两 主轴方向均应设置剪力墙； （2）、房屋的顶层及地下一层顶板宜采用梁板结构； （3）、横向及剪力墙应能承担
15、该方向全部地震作用，板 柱部分仍应能承担相应方向地震作用的20%； （4）、抗震设计时，楼盖周边不应布置外挑板并应设置 周边柱间框架梁。 （5）、楼盖有楼、电梯间等较大开洞时，洞口周围宜设 置框架梁，洞边设边梁； （6）、抗震设计时，纵横柱轴线均应设置暗梁，暗梁宽可取与柱宽相同；,（7）、无梁板可采用无柱帽板，当板不能满足冲切承载 力要求且建筑许可时可采用平托板式柱帽，平托板的长 度和厚度按冲切要求确定，且每方向长度不宜小于板跨 度的1/6，其厚度 不小于1/4无梁板的厚度；平托板处 总厚度不应小于16倍柱纵筋的直径。不能设平托板式柱 帽时可采用剪力架。 （8）、楼板跨度在8m以内时，可采用钢
16、筋混凝土平板。 跨度较大而采用预应力楼板用抗震设计时，楼板的纵向 受力钢筋应以非预应力低碳钢筋为主，部分预应力钢筋 主要用作提高楼板刚度和加强板的抗裂能力。,图66 框架剪力墙结构构件,三、框架-剪力墙结构中梁的设计 如图6-6 所示，框架-剪力墙结构中的梁可以分为 三种：第一种是剪力墙之间的、两端均与墙肢相连的连 梁A，第二种是一端与剪力墙相连,另一端与框架柱相连 接的连梁B，第三种是两端均和框架柱相连的框架梁C。 三者设计原则如下：,1、A梁按双肢或多肢剪力墙的连梁设计，C梁按框架梁设 计； 2、B梁一端与墙相连，墙肢刚度很大；另一端与框架柱 相连，柱刚度较小。B梁在水平力作用下，会由于弯 曲变形很大而出现很大的弯矩和剪力，首先开裂、屈 服，进入弹塑性工作状态。因此，B梁应设计为强剪 弱弯，保证在剪切破坏前已屈服而产生了塑性变形。,3、在进行内力和位移计
