高层建筑结构设计-剪力墙结构

高层建筑结构设计剪力墙结构分析与设计(shearwallstructure)主要内容：1.剪力墙结构的概念和力学机理2.剪力墙结构的特点–优点和缺点（建筑和结构两方面）3.剪力墙结构的分类4.剪力墙结构受力特点5.剪力墙结构的形状6.剪力墙结构布置原则7.两种特殊的剪力墙结构（框支剪力墙和短肢剪力墙）8.工程实例高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计剪力墙结构分析与设计剪力墙的概念剪力墙（shearwall）又称抗风墙、结构墙。其实就是现浇钢筋混凝土墙，主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。这样的水平荷载对墙、柱产生一种水平剪切力，剪力墙结构由纵横方向的墙体组成抗侧向力体系，防止结构剪切破坏。它的刚度很大，空间整体性好，房间内不外露梁、柱楞角，便于室内布置，方便使用。高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计1.剪力墙结构的概念和力学机理传统框架结构水平荷载与竖向荷载弯矩差别很大：高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计1.剪力墙结构的概念和力学机理传统框架结构水平荷载与竖向荷载弯矩差别很大：竖向荷载：框架的层数增加，变形或弯矩没有显著变化高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计1.剪力墙结构的概念和力学机理传统框架结构水平荷载与竖向荷载弯矩差别很大：水平荷载：抗侧力刚度小，水平位移大高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计2.剪力墙结构的特点–优点和缺点（建筑和结构两方面）优点：1.房屋中没有梁柱，比较美观2.结构刚度大、顶部和层间位移均较小3.空间整体性好，抗震能力强4.较框架结构施工快，适用高度大于框架结构5.用钢量少，较经济高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计2.剪力墙结构的特点–优点和缺点（建筑和结构两方面）缺点：1.墙体较多，开间小：受楼板跨度限制（一般为3-8m),剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。2.刚度过大，重量大。导致地震作用大高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计3.剪力墙结构的分类高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计剪力墙的受力特性与变形状态取决于墙上的开洞情况：•墙体是否存在•洞口的大小•形状与位置的差异（影响受力性能）3.剪力墙结构的分类整体墙无洞口的剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口。洞口面积不超过墙体面积的16%。洞口至墙边净距＞洞孔长边尺寸时，可忽略对墙体影响受力特点：可视为上端自由，下端固定的竖向悬臂构件高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计3.剪力墙结构的分类整体小开口墙洞口面积超过墙体面积的16%。洞口至墙边净距＞洞孔长边尺寸时，可忽略对墙体影响受力特点:水平荷载下，由于洞口的存在，墙肢已出现局部弯曲，其截面应力可认为由墙体的整体弯曲和局部弯曲两者叠加组成，截面变形仍然接近于整截面墙。高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计混凝土剪力墙高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计3.剪力墙结构的分类联肢剪力墙剪力墙沿竖向开一列或多列较大洞口。由于洞口较大，剪力墙整体性已破坏。剪力墙由连梁和联肢组成，也称双肢墙受力特点：连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计连梁联肢剪力墙高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计3.剪力墙结构的分类壁式框架剪力墙洞口尺寸较大墙肢宽度较小（刚度弱），连梁刚度强，受力性能已接近于框架。受力特点：与框架结构相类似高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计（西安建筑科技大学结构试验室）建筑原型：总高18.9米，共七层，层高2.7米。CL复合剪力墙为一侧30㎜混凝土，一侧90㎜混凝土。清华大学国家重点结构试验室对CL复合混凝土剪力墙与普通混凝土剪力墙进行极限破坏实验，其结果：前者比后者承载力提高40%高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计4.剪力墙结构受力特点水平荷载对建筑物的下受力状态•水平荷载下，剪力墙如同一个悬臂梁。•同时承受竖向和水平荷载导致剪力墙中同时存在压力、剪力和弯矩。•由于高度大，剪力大，计算公式与梁不同高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计4.剪力墙结构受力特点剪力墙结构体系的工作状态剪力墙结构体系现状：平面内承载力和刚度很大，平面外承载力和刚度很小。处理平面外变形方法：•加强剪力墙平面外抗弯刚度和承载力•增加垂直方向剪力墙、扶壁柱、暗柱、插入型钢高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计5.剪力墙结构的形状高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计常用的剪力墙基本形状有：开口的——1形、L形、Z形、I形、T形封闭的——□形、△形、○形6.剪力墙结构布置原则高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计7.两种特殊的剪力墙结构（框支剪力墙和短肢剪力墙）高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计框肢剪力墙（底部大空间剪力墙结构）适用建筑：1.多功能公共建筑2.要求下部作商场的公寓住宅建筑受力特点：上部剪力墙，下部柱支撑，扩大底部使用空间抗侧力刚度：框架-剪力墙＜框肢剪力墙＜全剪墙体；框肢剪力墙（底部大空间剪力墙结构）我国规范和规程明确规定：不允许设计全部为框肢剪力墙的“鸡腿结构”，必须与落地剪力墙结合形成底部大空间结构。我国抗震规范规定，框肢剪力墙应遵循以下布置原则：1.底部大空间部分，层数规定：8度≥3层，7度≥5层，6度层数可适当增加。2.框肢层楼板不应错层布置；3.落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚；4.落地剪力墙和筒体的开洞宜布置在墙体的中部；5.长矩形平面建筑中落地剪力墙的间距l适宜符合以下规定：非抗震设计：l≤3B且l≤36m;其中B-楼盖宽度抗震设计：底部为1-2层框支层时，l≤2B且l≤24m;底部为3层及3层以上框支层，l≤1.5B且l≤20m高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计框肢剪力墙工程实例-中国大饭店接待过几十位国家元首和政府首脑。每年接待高级政务、商务客人上百次，承办的大型会议等国际商务活动数百场，有“第二国宾馆”之称，总面积5146平方米。高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计框肢剪力墙工程实例-中国大饭店2003年8月19日，中国大饭店斥资三千万美金翻新装修工程完成，重张开业。重新改造的716间套客房的室内装潢具有现代感极强的亚洲艺术风格。高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计框肢剪力墙工程实例-中国大饭店高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计2-3层空间功能分布-餐厅及酒吧7.两种特殊的剪力墙结构（框支剪力墙和短肢剪力墙）高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计短肢剪力墙长度=5-8倍厚度的剪力墙结构常用型状：“T”型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型受力特点：优点：分担的内力少，即使破坏，也不影响结构的抗侧力能力，不会使楼板垮塌。缺点：一旦剪力墙井筒出现问题，很弱的短肢剪力墙没有足够延性和承载力；短肢剪力墙抵抗竖向荷载能力弱，一旦失效，有可能威胁到承受竖向荷载的楼板，即“连续倒塌”。7.两种特殊的剪力墙结构（框支剪力墙和短肢剪力墙）8.工程实例高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计8.工程实例高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计8.工程实例高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计浇筑剪力墙用的钢模板8.工程实例高层建筑结构设计-剪力墙结构分析与设计剪力墙-浇注混凝土之前8.剪力墙结构工程实例-广州白云宾馆1973年，在周恩来总理的关怀下，占地21000平方米、楼高34层（包括地下室和上下管道夹层）、投资2640多万元1973年32层外宾宾馆动工兴建。全国著名的工程院士莫伯治任总设计师，市设计院执行具体设计工作。8.剪力墙结构工程实例-广州白云宾馆1977年《建筑学报》刊登白云宾馆的建筑设计方案，至此，白云宾馆的设计创意成为建筑学的典型案例。白云宾馆由我国著名工程院士莫伯治设计，突破当时盛行的前苏联“三段式”古典建筑风格，利用原有的3棵古榕树，通过瀑布、水池、石景等景观形成开放式空间，达到了现代建筑艺术与自然景观的完美结合。