高层建筑结构4(框架剪力墙结构)ql详解
高层住宅剪力墙结构
高层住宅剪力墙结构在如今城市的高楼大厦中，高层住宅剪力墙结构扮演着至关重要的角色。
对于大多数人来说，或许只是每天生活在其中，却并不真正了解其背后的原理和奥秘。
什么是剪力墙结构呢？简单来说，剪力墙就像是一道道坚固的墙壁，它们承担着抵抗水平荷载（如风荷载、地震作用等）的重要任务。
在高层住宅中，这些剪力墙纵横交错，形成了一个稳固的结构体系，为居民提供了安全可靠的居住环境。
与其他结构形式相比，剪力墙结构具有不少独特的优点。
首先，它的抗震性能非常出色。
在地震来临时，剪力墙能够有效地吸收和分散地震能量，减少建筑物的晃动和破坏，从而保障居民的生命和财产安全。
其次，剪力墙结构具有较好的整体性和刚度。
这意味着整个建筑在承受各种外力作用时，能够保持较好的稳定性，不易出现过大的变形和裂缝。
此外，剪力墙结构还能够提供较大的室内空间利用率，因为它不像框架结构那样需要大量的柱子，使得房间的布局更加灵活和自由。
那么，剪力墙是如何在高层住宅中发挥作用的呢？当风或者地震作用于建筑物时，水平力会传递到剪力墙上。
剪力墙通过自身的抗弯和抗剪能力，将这些水平力转化为内力，并传递到基础。
在这个过程中，剪力墙的厚度、长度、混凝土强度等因素都会影响其承载能力和抗震性能。
为了确保剪力墙结构的安全性和可靠性，在设计和施工过程中需要进行严格的计算和控制。
在设计阶段，工程师们需要根据建筑物的高度、使用功能、所在地区的抗震设防要求等因素，确定剪力墙的布置、数量、尺寸等参数。
他们会运用复杂的力学理论和计算机模拟技术，对结构进行分析和优化，以确保其满足各项规范和标准的要求。
同时，还需要考虑到建筑物的经济性和美观性，在保证结构安全的前提下，尽量减少材料的使用和施工的难度。
施工过程也是至关重要的。
首先，要保证剪力墙所用的混凝土和钢筋的质量符合设计要求。
混凝土的配合比、浇筑工艺、养护条件等都会影响其强度和耐久性；钢筋的规格、数量、连接方式等也必须严格按照设计图纸进行施工。
框架—剪力墙分析解析
框架—剪力墙分析解析在建筑结构设计领域，框架—剪力墙结构是一种被广泛应用且性能较为优越的结构体系。
它结合了框架结构和剪力墙结构的优点，能够在提供较大空间灵活性的同时，保证结构具有足够的抗侧刚度和承载能力。
接下来，让我们深入了解一下框架—剪力墙结构。
框架—剪力墙结构，简单来说，就是由框架和剪力墙共同组成来抵抗水平荷载和竖向荷载的结构体系。
框架主要承担竖向荷载，而剪力墙则主要承担水平荷载。
先来说说框架部分。
框架结构是由梁和柱组成的结构体系，具有较好的空间灵活性，可以根据建筑功能的需求灵活布置房间。
然而，框架结构在抵抗水平荷载（如风荷载、地震作用等）方面的能力相对较弱。
当水平荷载较大时，框架结构会产生较大的侧移，影响结构的稳定性和使用功能。
再看剪力墙。
剪力墙是一种竖向的钢筋混凝土墙板，它的刚度很大，能够有效地抵抗水平荷载。
剪力墙的布置可以根据建筑的平面形状和受力特点进行灵活设计。
在水平荷载作用下，剪力墙如同一个巨大的悬臂梁，通过自身的弯曲变形来消耗水平力。
那么，框架—剪力墙结构是如何协同工作的呢？在水平荷载作用初期，框架和剪力墙共同抵抗水平力。
由于剪力墙的刚度远大于框架，所以剪力墙承担了大部分的水平荷载。
随着水平荷载的增加，框架的作用逐渐显现。
框架通过梁柱的弯曲变形来分担一部分水平荷载，同时限制剪力墙的变形。
这种协同工作机制使得框架—剪力墙结构在水平荷载作用下的侧移曲线呈现出弯剪型，既不像框架结构那样侧移较大，也不像纯剪力墙结构那样侧移较小，而是介于两者之间，具有较好的抗震性能。
为了更好地理解框架—剪力墙结构的工作性能，我们来看看它在实际工程中的应用。
在高层建筑中，由于水平荷载（如风荷载和地震作用）对结构的影响较大，框架—剪力墙结构能够充分发挥其优势。
例如，在办公楼、酒店等建筑中，底部几层通常需要较大的空间用于商业或大堂等功能，这时可以采用框架结构；而在上面的楼层，由于房间布置相对较为规整，可以设置剪力墙来提高结构的抗侧刚度。
框架—剪力墙结构
框架—剪力墙结构在现代建筑领域中，框架—剪力墙结构是一种被广泛应用的结构形式。
它结合了框架结构和剪力墙结构的优点，为建筑物提供了良好的稳定性、抗震性能和空间布局的灵活性。
框架结构，大家可能都比较熟悉，它是由梁柱组成的框架来承受竖向和水平荷载。
这种结构的优点是空间布置灵活，能满足不同的使用功能需求。
但框架结构在水平荷载作用下，侧向位移较大，也就是我们常说的“摇晃”得比较厉害。
剪力墙结构呢，它就像是一堵坚固的墙，能够有效地抵抗水平荷载。
剪力墙的刚度大，在水平力作用下侧移小。
不过，剪力墙结构的空间布局相对不那么灵活。
而框架—剪力墙结构，巧妙地将框架和剪力墙结合起来，取长补短。
在这种结构中，框架承担了部分竖向荷载和较小的水平荷载，剪力墙则承担了大部分的水平荷载。
从受力特点来看，当建筑物受到水平风荷载或地震作用时，剪力墙就像坚强的卫士，率先承受并抵抗大部分的水平力。
而框架则在其后提供一定的支撑和辅助作用。
这样的分工合作，使得整个结构在抵抗外力时更加高效和稳定。
在实际的建筑设计中，框架—剪力墙结构的布置是非常有讲究的。
剪力墙的位置和数量需要经过精心的计算和分析。
一般来说，剪力墙会布置在建筑物的周边、楼梯间、电梯间等部位，这些地方能够有效地提高结构的抗侧刚度。
而且，剪力墙的形状和长度也会影响结构的性能。
常见的剪力墙形状有矩形、L 形、T 形等。
较长的剪力墙能够提供更大的抗侧刚度，但也可能导致结构的扭转效应增加。
因此，在设计时需要综合考虑各种因素，以达到最优的结构效果。
框架—剪力墙结构在高层建筑中具有显著的优势。
随着楼层的增加，水平荷载对建筑物的影响越来越大。
框架—剪力墙结构能够有效地控制建筑物在风荷载和地震作用下的侧向位移，保证建筑物的安全性和使用舒适性。
与纯框架结构相比，框架—剪力墙结构的抗侧刚度更大，能够减少建筑物的水平位移，从而降低了非结构构件（如填充墙、门窗等）的损坏风险。
同时，由于剪力墙的存在，建筑物的自振周期也会相应缩短，从而减小了地震作用的影响。
框架―剪力墙结构相关知识
框架―剪力墙结构相关知识在框架结构中加设适量的剪力墙，二者通过楼盖协同工作，以满足建筑物的抗侧要求，从而组成框架―剪力墙结构体系。
在框架中局部增加剪力墙可以在对建筑物的使用功能影响不大的情况下，使结构的抗侧刚度和承载力都有明显提高，所以这种结构体系兼有框架和剪力墙结构的优点，是一种适用性很广的结构形式。
1. 变形特点在水平荷载作用下，框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主，而剪力墙的变形则以弯曲型为主。
由于两者是受力性能不同的两种结构，因而两者之间需要通过楼板的协同工作。
由于楼板平面内刚度很大(计算中假定为无限刚性)，因此在同一楼板处必有相同的位移，这就形成了框架―剪力墙结构特有的变形曲线，呈反S形的弯剪型变形曲线。
框架下部位移增长迅速，上部增长较慢，剪力墙则与之相反。
在框架―剪力墙结构下部，侧移较小的剪力墙对框架提供帮助，墙把框架向左边拉，框架―剪力墙的侧移比框架单独侧移小，比剪力墙单独侧移大；而上部，框架又可以对剪力墙提供支持，即框架把墙向左边推，其侧移比框架单独侧移大，比剪力墙单独侧移小。
最终框架―剪力墙结构的侧移大大减小，且使框架和剪力墙中内力分布更趋合理。
·2. 受力特点剪力墙的侧移刚度远大于框架，因此剪力墙分配到的剪力也将远大于框架。
由于上述变形的协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力分布沿高度在不断调整。
框架结构在水平力作用下，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随着楼层所处高度而变化，与结构刚度特征值λ直接相关。
框剪结构中的框架底部剪力为零，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架墙，剪力墙的区别剪力墙(shear wall)又称抗风墙或抗震墙、结构墙。
房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。
框架剪力墙结构
工程案例一：高层住宅楼
总结词
典型应用、抗震性能好
详细描述
框架剪力墙结构在高层住宅楼中应用广泛，由于其良好的抗震性能，能够确保建 筑在地震等自然灾害中的安全。这种结构可以有效抵抗水平荷载，减少结构侧移 ，提高住宅楼的稳定性。
工程案例二：大型商业综合体
总结词
复杂结构、多功能性
详细描述
大型商业综合体通常采用框架剪力墙结构，以满足其复杂的功能需求。这种结构可以根据不同的商业用途灵活布 局，提供较大的空间和自由度。同时，框架剪力墙结构具有较好的承载能力和抗震性能，能够确保商业综合体的 安全和稳定。
增加阻尼器
在结构中增加阻尼器，吸收地 震能量，减小结构振动，提高 抗震性能。
加强地基处理
对地基进行加固和处理，提高 地基的承载力和稳定性，增强
结构的抗震能力。
抗震设计中的注意事项
注意地震动参数的选择
根据地震危险性评估结果，选择合适的地震 动参数进行抗震设计。
注意材料的选择
选择合适的材料进行施工，保证结构的强度 和刚度，提高其抗震性能。
01
02
03
04
结构自振周期
结构自振周期越长，抗震性能 越好。
结构阻尼比
结构阻尼比越大，抗震性能越 好。
结构位移
结构位移越小，抗震性能越好 。
结构加速度
结构加速度越小，抗震性能越 好。
提高抗震性能的措施
加强结构整体性
通过增加连接节点和加强梁柱 等措施，提高结构整体性，增
强抗震能力。
优化结构布局
合理布置墙、柱等构件，优化 结构布局，提高结构的稳定性 和抗震能力。
受力分析方法
1 2 3
弹性分析方法
框架—剪力墙结构
框架—剪力墙结构（二）引言概述：在建筑领域中，剪力墙结构是一种常见的结构形式，具有良好的抗震性能和承载能力。
本文将深入探讨框架—剪力墙结构的相关内容，包括其结构形式、设计原理、施工技术等。
通过对该结构的认识和理解，我们可以更好地应用和优化框架—剪力墙结构，提高建筑物的安全性和稳定性。
正文内容：一、结构形式1.1剪力墙的定义与特点1.2框架—剪力墙结构的组成与布置1.3框架和剪力墙之间的相互作用关系1.4不同类型剪力墙的适用场所和性能比较1.5剪力墙的布置与建筑形态的关系二、设计原理2.1剪力墙的抗剪机理2.2剪力墙的受力特点与分析方法2.3框架—剪力墙结构设计的相关规范与准则2.4剪力墙的设计参数与计算方法2.5框架—剪力墙结构的性能评估与优化三、施工技术3.1剪力墙的施工工艺与要点3.2剪力墙施工中的常见问题及解决方法3.3框架—剪力墙结构的施工顺序与接缝处理3.4剪力墙的质量控制与验收标准3.5框架—剪力墙结构的维护与检测四、案例分析4.1典型框架—剪力墙结构案例分析4.2不同设计方案的性能评估与对比4.3框架—剪力墙结构的抗震性能验证4.4框架—剪力墙结构在实际工程中的应用案例4.5框架—剪力墙结构的改造与加固实例五、框架—剪力墙结构的发展趋势5.1剪力墙材料与技术的新进展5.2框架—剪力墙结构的优化设计方法5.3剪力墙结构的自适应控制与智能化发展5.4剪力墙结构的可持续发展与生命周期分析5.5框架—剪力墙结构在未来建筑中的应用前景总结：本文对框架—剪力墙结构进行了全面深入的分析和讨论，从结构形式、设计原理、施工技术、案例分析以及发展趋势等方面，全面了解了该结构的相关内容。
框架—剪力墙结构作为一种常见的建筑结构形式，具有重要意义。
通过深入理解其基本原理和优化方法，我们可以更好地应用和改进该结构，提高建筑物的抗震性能和稳定性，为建筑领域的发展做出贡献。
框架—剪力墙分析解析
框架—剪力墙分析解析在现代建筑结构设计中，框架—剪力墙结构是一种广泛应用的结构形式。
它结合了框架结构和剪力墙结构的优点，能够有效地抵抗水平荷载，提供较大的空间灵活性，同时保证结构的稳定性和安全性。
接下来，让我们深入地对框架—剪力墙结构进行分析和解析。
框架—剪力墙结构，顾名思义，是由框架和剪力墙共同组成的结构体系。
框架结构主要承受竖向荷载，而剪力墙则主要承担水平荷载。
这种组合使得结构在不同的受力情况下都能发挥出各自的优势。
从受力特点来看，当建筑物受到水平风荷载或地震作用时，剪力墙如同坚固的屏障，能够迅速有效地抵抗水平力，限制结构的水平位移。
而框架部分则在承担一部分水平力的同时，主要负责承受竖向荷载，并将其传递到基础。
由于剪力墙的存在，框架的受力情况得到了改善，梁柱的内力分布更加均匀，从而提高了框架的抗震性能。
在刚度方面，剪力墙的刚度通常远大于框架的刚度。
在框架—剪力墙结构中，剪力墙的刚度贡献较大，它决定了结构的整体抗侧刚度。
通过合理地布置剪力墙的位置和数量，可以有效地控制结构的周期、位移等参数，满足规范要求。
然而，如果剪力墙布置过多，会导致结构刚度过大，吸收过多的地震能量，增加工程造价；反之，如果剪力墙布置过少，则结构的抗侧刚度不足，无法满足安全性要求。
因此，在设计过程中，需要根据建筑物的高度、使用功能、地震设防烈度等因素，对剪力墙的数量和位置进行优化设计。
在变形特点方面，框架—剪力墙结构在水平荷载作用下的变形曲线呈现弯剪型。
在底部，剪力墙的位移较小，框架的位移较大，随着高度的增加，剪力墙的位移逐渐增大，框架的位移相对减小。
这种变形特点使得结构在受力过程中能够较好地协同工作，共同抵抗水平荷载。
框架—剪力墙结构的协同工作性能是其能够发挥良好作用的关键。
在水平荷载作用下，框架和剪力墙之间通过楼板等水平构件相互作用，共同承担水平力。
为了保证协同工作的有效性，需要确保楼板具有足够的刚度和整体性。
同时，在设计过程中，还需要考虑框架和剪力墙之间的刚度比例关系，以实现两者的合理受力。
高层框架剪力墙结构分析
将连杆切开，各连杆中的未知力化为未知函数。分 别取总剪力墙和总框架为研究对象。
15
第二节 框剪结构内力计算
对于总剪力墙
看成悬臂梁，其内力与弯曲变形的关系如下：
d4y
EIw dx4 p(x) p f (x)
45
第二节 框剪结构内力计算
和铰接体系的区别：
46
第二节 框剪结构内力计算
刚接体系计算步骤：
47
第三节 框剪结构内力、位移特征
刚度特征值，反映了框架抗侧刚度（包括 连梁约束刚度）与剪力墙抗弯刚度的比值影响。
当＝0时即为纯剪力墙结构，当＝∞时即为 纯框架结构。
48
第三节 框剪结构内力、位移特征 一、位移曲线
位移及内力。
y
y
fH
fH
M
w
Mw
M0
M0
Vw
Vw
V0
V0
总框架的剪力可直接由总剪力减去剪力墙的剪力得到：
31
第二节 框剪结构内力计算 五、按刚接体系框剪结构的内力计算 与铰结体系间的主要区别：
➢总剪力墙和总框架间的连杆对墙肢有约束弯矩作用。 ➢连杆切开后，连杆中除轴向力外，还有剪力和弯矩。
<1时，变形曲线呈弯曲形 >6时，变形曲线呈剪切形 ＝1～6时，变形曲线呈弯剪型
49
第三节 框剪结构内力、位移特征 二、剪力分配
50
第三节 框剪结构内力、位移特征
两者之间的剪力分配关系随框剪结构的刚度特征值而变， 框剪结构的刚度特征值很小时，剪力墙承担大部分剪力，框 剪结构的刚度特征值很大时候，框架承担大部分剪力。
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剪力墙在水平荷载作用下的变形为弯曲型，框架则为剪切型 在结构下部，框架把墙体向右拉，墙将框架向左拉； 在结构上部，框架把墙体向左拉，墙将框架向右拉。
高度 剪力墙
框架－剪力墙
剪力墙 （弯曲型变形）
框架 （剪切型变形）
框架
水平位移
楼板与连梁的连接作用使框架与剪力墙协同工作。 二者之间的相互作用力自上而下大小不同，且方向变化。
总剪力墙的抗弯刚度的计算
1)第i层的m片墙的总抗弯刚度计算：
EW IWi
m
EW Ieqj,i
2)各层墙的抗弯刚度加权平均值
j 1
即为总剪力墙的抗弯刚度：
n
EW IWi hi
EW IW i1 H
总框架的刚度计算
1)第i层m个柱的总刚度计算： 2)各层柱的刚度加权平均值 即为总框架的刚度：
m
p(x)
pF
EW IW
d4y dx4
MW
EwIw
d2y dx2
VW
EW IW
d3y dx3
(
dMW dX
VW )
pW
EW IW
d4 dx
y
4
(
dVW dx
pW )
框架的剪切刚度计算
令产生单位剪切变形所需的剪力为C，称为剪切刚度，
梁的剪切刚度：
C 1,C AG
பைடு நூலகம்G AG
A:梁的截面积；G:剪切模量，μ:剪应力不均匀分布系数。
2.D值法求框架刚度
D
12
ic h2
, ic
EIc h
对于整层框架来说，
D 12
ic
h2
CF
Dh
12 h
ic
物理意义是楼层有单位剪切变形时所需的剪力。
CFi Dijhi j 1
n
CFi hi
CF i1 H
抗震计算时需考虑纵横两个方向的地震作用，由各自方向 上的剪力墙和框架来承担地震力，一个方向的墙可作为另一
方向墙的翼墙，翼缘有效宽度的取值见剪力墙结构。
二、计算方法的基本思路 以连杆体系为例，
将集中力连续化，沿高度范围内变形连续。 剪力墙：下端固定、上端自由，承受外荷载与框架弹性反力
2Kc
普 通
K OR
框
2K
架 计 算
0.5 K
2K
水平荷载下壁式框架使用计算步骤
确定框架跨度和层高
确定刚臂尺寸
计算梁柱线刚度
梁左端
K12
ci
(1
1 a b a b)3(1
)
i
梁右端
K 21
c'i
(1
1 b a a b)3(1
)
i
柱
K
(c'c)i
/
2
(1
a
1 b)3
(1
)
i
其中
1
i
(1 a b)3(1 i )
i EI L
12EI
GAL2
i' EI i
L(1 ) 1
OR i' EI~
L
I~ I
1
反弯点高度比
yn
y a syn y1 y2 y3
标准反弯点高度比，根据梁柱相对刚度比确定
K s2 K1 K2 K3 K4 2ic
其 余 类 同
K Kb
刚域定义
D值法 综上所述，各种情况下柱的侧向刚度 D 值中系数c 及梁柱线刚度比 K 按下表所列公
式计算。
柱侧向刚度修正系数 c
边柱
中柱
位置
简图
K
简图
K
c
一般层
K i2 i4 2ic
K i1 i2 i3 i4 2ic
c
2
K K
底 固接
K i2 ic
K i1 i2 ic
c
0.5 K 2K
每层墙肢都有反弯点；
梁柱结合部刚度无穷大（刚域）；
由于杆件截面高跨比大，因此需 考虑剪切效应。
判别条件
10
IA Z I
壁式框架计算简图
▪ 1. 计算简图的尺寸 ▪ 2. 刚域的特点: 不产生弯曲和剪切变形 ▪ 3. 刚域的尺寸选取
刚域的尺寸
目前常用的取法： 梁的刚域与梁高 有关，进入结合区的长度为四分之一 的梁高；柱的刚域与柱宽有关，进入 结合区的长度为四分之一的柱宽。
高层建筑结构设计
框架－剪力墙结构的内力计算
整体参数
12
3H 2 D hcs
6H 2 D 3H 2 D
h Ii
hcs
H
6
I~c 2 I
h(I1 I 2 ) a3 I A
>10 ,属于整体小开口墙 <10 , 属于双肢墙。 <1，则为两个独立的悬臂墙肢
>10, ，但同时，IA/I 大，则属于壁式框架。
计算杆端弯矩
课后思考题
1、剪力墙类型和计算方法？ 2、整体墙的定义？ 3、小开口墙的受力特点？ 4 、反弯点法、 D值法和壁式框架得出的框架侧移
刚度
框架－剪力墙结构的内力计算
第一节 框架－剪力墙协同工作原理
竖向荷载作用下，按各自的受荷面积计算出每榀框架 和每榀剪力墙的竖向荷载，分别计算内力。
剪力墙为承受水平荷载的主要构件，框架承担的水平荷 载较少。
的“弹性地基梁”。 “弹性地基梁”的特点： 1)地基反力为连续分布的反力pF； 2)与地基共同变形。 框架：“弹性地基”
弹性反力函数pF和位移函数y(x)的关系
荷载p(x)与位移y有以下关系：
EW IW
d4y dx4
px
EWIW:剪力墙的总刚度，位移以向右为正，荷载p(x)向右为正。 对“弹性地基梁”来说，尚需考虑“地基反力”，
i EI
L
12 EI
l '2GA
计算柱的抗侧刚度D
确定楼层各柱剪力
Vij
Di Di
Vj
确定各柱反弯点高度
S 2
K
Ki S h'
2ic
h
yh (a sy0 y1 y2 y3 )h
根据上下梁线刚度比，确定 y1 根据上层层高与本层之比，确定 y2 根据下层层高与本层之比，确定 y3
一、基本假定和计算简图 1.基本假定 1)楼板平面内刚度无限大；2)不考虑扭转(刚度中心与质量中
心一致)。
在以上基本假定基础上，剪力墙和框架在相同标高处 的侧移相等。可将结构中所有剪力墙合并，所有框架合并， 形成总剪力墙和总框架的计算简图。
忽略连 梁对剪 力墙的 约束
考虑连 梁对剪 力墙的 约束
不同剪力墙的内力变化
整体剪力墙截面为整体弯曲应力； 小开口墙以整体弯曲应力为主； 双肢墙整体弯矩为主，墙肢弯矩为辅。很少,无反 弯点。 壁式框架柱轴力效应显著，有反弯点。 独立悬臂墙同整体墙。
壁式框架在水平荷载作用下的近似 计算
洞口较大，连梁刚度大于或接近 墙肢刚度，则演变为壁式框架。
其主要特点：
层 铰接
K i2 ic
K i1 i2 ic
c
0.5K 1 2K
带刚域的柱的D值
D
Kc
12 h2
其中
考虑梁柱线刚度比的修正系数
c, c' 考虑剪切效应和刚域影响的综合修正系数
K12
ci
(1
1 a b a b)3(1
i )
i
K 21
c'i
(1
1 b a a b)3(1
i
)
i
K (c'c)i / 2