第三章 剪力墙结构体系 建筑结构选型

第三章剪力墙结构体系第三章剪力墙结构体系3-1剪力墙的概念和结构效能3-2剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围3-3剪力墙的形状和位置3-4剪力墙的主要构造要求3-5装配式大板结构与盒子结构简介3-6装配式的活动板房3-7保证楼面结构整体性的构造要求3-8 变形缝3.1 剪力墙的概念和结构效能1 剪力墙结构体系的概念剪力墙结构：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。

剪力墙结构较之框架结构，采用剪力墙来提供很大的抗剪强度和侧向刚度，从而提高整体结构的抗侧移刚度•剪力墙就是以承受水平荷载为主要目的而设置的现浇钢筋混凝土成片墙体，在钢结构建筑中也可采用钢板剪力墙3-2 剪力墙结构体系的类型、特点和适用范围一、框架-剪力墙结构•框架-剪力墙结构，简称框剪结构，是在框架结构的基础上增设一定数量的横向和纵向剪力墙所构成的双重受力体系•在整个体系中，框架仍占主体、以承担竖向荷载为主，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，两者协同工作、扬长避短•建筑结构相当于基础上的悬臂梁，剪力墙使得该悬臂梁在此位置形成深梁，加强了侧向刚度框架-剪力墙结构变形特点•在水平荷载作用下，框架的变形总体来说属于剪切型，剪力墙的变形则属于弯曲型•楼面处刚度可视为无穷大，因此此处框架和剪力墙变形协调，框架-剪力墙的变形总体来说属于弯剪型•对于层间位移角，框架自上而下逐层增大、底层最大，而剪力墙相反、顶层最大，这样，框架-剪力墙结构下部是剪力墙制约框架变形，结构上部是框架制约剪力墙变形，从而整体结构各层的层间位移角较为均匀，减少了地震作用下非结构构件的破坏框架-剪力墙结构受力特点•在框架-剪力墙结构中，剪力墙布置的数量一般不太多、受荷面积有限，故框架承担大部分竖向荷载•剪力墙抗侧移刚度远大于框架，故剪力墙承担绝大部分水平荷载（一般在80％以上）•框架楼层剪力分布较为均匀，最大值不发生在结构底部，一般是在（0.3～0.6）H之间•剪力墙顶端剪力为负值（与框架间产生内部集中力），而在结构下部的剪力很大受力变形特点框架-剪力墙结构的适用范围•框架-剪力墙结构属于半刚性结构体系，适用于10～20层房屋，最高不宜超过25层•较之框架结构，框架-剪力墙结构中剪力墙的设置在一定程度上影响了建筑平面的灵活布置，适用于办公楼、旅馆、公寓、住宅等建筑以及一些工业厂房•框架-剪力墙结构中剪力墙的布置可以较为灵活，可结合隔墙、山墙、电梯井、楼梯间等设置，减少对建筑使用功能上的妨碍二、剪力墙结构•房屋高度超过25层时，水平荷载的影响相当大，需要的剪力墙数量很大，需要采用全剪力墙结构•结构整体性更强，抗侧移刚度更大，侧向变形更小，抗震性能更好，用钢量较省，施工相对简便快捷•墙体较密，建筑平面布置和空间利用受到较大限制，且结构自重大、刚度大、地震反应大•适用于10～40层的住宅、公寓和旅馆等剪力墙结构平面图剪力墙的优缺点及适用范围•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，房间内无梁柱外露。

•缺点:剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求,结构自重往往也较大。

•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100~150层，但墙体太厚，不经济，以40层以下为宜适用范围：较小开间的住宅及旅馆建筑。

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，与悬臂梁的弯曲变形曲线类似。

故称“弯曲型”剪力墙结构三、框支剪力墙结构为了在建筑底部做成较大空间，有时将剪力墙底部做成为框架柱，形成框支剪力墙。

但是这种墙体上、下刚度形成突变，对抗震极为不利。

故在地震区不宜大面积采用框支剪力墙结构体系。

通常适用40层以下建筑。

底层作商店或停车场而需要大空间的旅馆或住宅。

缺点：房屋刚度突变部分落地大空间剪力墙结构：地震区满足建筑需要底层商店或大堂的需要。

四、筒式结构1、概念与特点：•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2、筒体的基本形式实腹筒框筒桁架筒筒中筒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。

、筒体结构常用平面形式4框—筒结构：平面剪力墙发展---空间薄壁筒体A、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B 、外筒体B、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：1.22－3ｍ深梁高度：60ｃｍ－122ｃｍ30层以下筒中筒结构３０层以上，不宜超过８０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,形成四个小筒体多道抗震防线体系⏹多筒体系――成束筒使用条件：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。

组成方式：两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束状，称为成束筒。

•多筒体系优点：•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1-49层66-89层50-65层90-109层5、筒体的主要特点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，柱子分为受拉和受压柱，形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架。

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3-3 剪力墙的形状和位置一、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、圆形二、剪力墙的布置原则•（一）总则1.房屋平立面体型要简单均匀。

2.剪力墙应合理地，应可能地离开房屋重心。

3.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•3.剪力墙布置要对称，以减少结构的扭转效应。

当不能对称时，也要使刚度中心尽量和质量中心接近，以减少地震力产生的扭矩。

广州外贸大楼4.剪力墙应上下层位置对齐，而且宜贯通房屋全高。

5.应尽可能采取措施增加剪力墙承担的竖向荷载。

6.在非地震区，可根据建筑物迎风面大小、风力大小设置剪力墙，纵横两个方向剪力墙数量可以不同。

在地震区，由于两个方向的地震力接近，在纵、横方向上布置的剪力墙数量要尽量接近。

（二）全剪体系的剪力墙布置•纵横向剪力墙布置应均衡。

横向剪力墙短而数量多，间距一般6-8m。

•纵向剪力墙一般设2~4道。

•剪力墙宜双向或多向布置•当形状任意时，在受力复杂处，剪力墙还应加密一些。

如：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。

剪力墙结构的布置举例（三）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5~12cm/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，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：现浇楼板，剪力墙间距L<=4B，预制楼板，剪力墙间距L<=2.5B。

具体见下表。

两种框架-剪力墙体系结构布置方式1、柱网和剪力墙正交布置：房屋平面形状由矩形单元正交组合的情形•（1）横向设置剪力墙）纵横向均设置剪力墙（2•在抗震设防区一般采用纵横向均设置剪力墙的布置，当房屋较高而框架在纵横向刚度都较差时。

•尽可能把两个方向的剪力墙组合在一起，剪力墙在平面内的位置尽量拉开距离。

剪力墙靠近结构外围布置，可增强其抗扭。

•纵横剪力墙宜组成L形、T形和槽形等形式。

高度大时，做成井筒。

•剪力墙不宜太长，总高度与长度之比宜大于22、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•（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。

第四节剪力墙的主要构造要求一、剪力墙的材料、厚度和配筋•采用现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于C20•有边框（嵌于梁柱间），厚度≥墙体净高/30且120mm；无边框，三、四级抗震等级时厚度≥墙体净高/25且160mm，一、二级抗震等级时厚度≥墙体净高/20且200mm•厚度≥200mm应双层配筋，厚度<200mm可单层配筋，山墙及第一道内隔墙、楼电梯间墙、内纵墙均应双层配筋四、剪力墙的开洞•在剪力墙上往往需要开门窗或设备要求所需要的孔洞•根据洞口的分布和大小的不同，可将剪力墙分为以下几类：整体剪力墙；整体小开口墙；联肢剪力墙；多联单独剪力墙；开有不规则大洞口的剪力墙。

•洞口之间的联系梁应有足够的高度，以加强左右两段剪力墙的整体工作。

•门窗洞口应尽量做到上下对齐，大小相同。

•洞口应尽量远离墙体边缘。

•内横墙开洞时，洞边离外纵墙内边距离>=30cm•内纵墙开洞时，洞边离山墙内边距离>=200cm•内纵墙与内横墙交叉处不要四边同时开洞，以免出现“四侧无拉结”的现象•工程实例广州白云宾馆剪力墙结构该建筑共33层，其中地下室一层，高106.6m，横向布置钢筋混凝土剪力墙，纵向走廊的两边也为钢筋混凝土剪力墙，墙厚沿高度由下往上逐渐减小，混凝土强度等级也随高度而降低。

楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构。

地下室为现浇钢筋混凝土箱型基础。

•工程实例北京西苑饭店该饭店建于1984年，主楼建筑面积62500m2，标准层平面为L形，剪力墙结构。

此饭店顶楼设置的旋转餐厅是由中心混凝土筒向周围悬挑伸出，餐厅外墙面形成一个等边八角形。