文档介绍：13 高层建筑结构方案布置
高层建筑结构体系
剪力墙的概念和效能
剪力墙的概念
当房屋层数更多或高宽比更大时,骨架式框架结构的梁柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。这时,采用高强度的结构材料,虽然能够减少构件尺寸相减轻房屋的重量,但反过来这样又会使房屋更加柔软,并且对于水平力作用的反应更为敏感。因为框架结构在水平荷载作用下表现出抗侧力刚度小、水平位移大的柔性持点,框架对水平荷载的动力反应特别敏感,故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素
因此,当房屋向更高层发展时,解决问题的正确途径,是提高抗侧力刚度方面,提高抗侧力刚度的有效措施,就是在房屋中设置一些墙片—剪力墙。
剪力墙的概念和效能
剪力墙的效能
层数很多的框架,意味着房屋的高宽比很大。这时,水平荷载作用下,框架的弯矩会很大,而且,柱子负担的轴向力和剪力也很大,尤其是底层柱子的轴向力相剪力更是大得惊人。
从力的平衡关系看,因为房屋很高,水平荷载产生的倾覆力矩将很大,
反过来看,由于房屋宽度相对较小,柱子以有限的截面尺寸抵抗这个倾覆力矩就很吃力
剪力墙的概念和效能
剪力墙的效能
剪力墙在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。由于深梁的抗弯惯性矩大,其抗侧力刚度大大提高:同时,从大截面墙的受剪效能看,它的抗剪能力比框架强得多。从而为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度,所以一般称这种墙片为“剪力墙”。
在地震区,剪力墙主要用于抵抗水平地震作用。因此又称为“抗震墙”;也有些资料中将其称为“结构墙”,以与非承重的填充墙相区别。
、特点
“剪力墙”作为抗侧力构件用于高层建筑上,其主要效能在于提高房屋的抗侧力刚度。
随着房屋高度的不断增加,所需抗侧力刚度的要求也逐渐增长,为了保证房屋不同高度时对刚度的要求能够得以实现,就必须运用”剪力墙”这一手段,并形成各式各样的结构体系。
剪力墙结构体系主要有:
框架-剪力墙结构(板柱-剪力墙结构)
剪力墙结构
框支剪力墙结构
筒式结构(框架-核心筒,筒中筒,成束筒结构)
框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构,就是在框架体系的房屋中设置一些剪力墙来代替部分框架。在整个体系中,框-剪同时存在,剪力墙负担绝大部分的水平荷载,而框架则以负担竖向荷载为主,两者共同受力、合理分工,各尽其能。
框架-剪力墙结构
剪力墙作为加强框架体系的抗侧力之用,结构体系的侧力刚度得以大大提高,房屋在水平荷载作用下的侧移将大大减少。
在侧向力作用,框架本身的侧向变形如图a所示,而剪力墙本身的自由变形则如图b所示(好像竖向的悬臂梁一样发生弯曲)。
框架-剪力墙结构
由于各层楼面在其自身平面上的刚度很大,这就迫使剪力墙与框架在每层楼面标高处的侧移要相等,即剪力墙与框架的变形挠曲形式必须协调一致,因此,它们之间必然产生相互作用的内力。
框架-剪力墙结构
在房屋上部,剪力墙被框架往后拉;而在房屋下面部分,剪力墙被框架向前推,见图c所示。
这些内力相互作用的结果,使整个组合体系的最后变形为一平缓的S形曲线,房屋的侧移大为减少。