第13讲 框剪结构设计
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框剪结构设计要点《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)剪力墙布置:一、框剪结构两主轴方向均应布置剪力墙,剪力墙宜纵横相连的L、T、U型等布置,框架梁、柱与剪力墙的轴线宜重合在同一平面内,梁、柱轴线间偏心距不宜大于柱在该方向边长的1/4。
二、框剪结构中剪力墙布置应遵循“均匀、分散、对称、周边”的基本原则,并考虑:1.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼(电)梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大。
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.单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
4.剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐。
5.剪力墙不宜设在需要开大洞口的部位,当需要开洞时,洞口面积不宜大于墙面面积的1/6。
6.楼梯间、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置。
7.墙肢截面高度(墙长)不宜大于8m。
否则,墙面开洞并形成弱连梁连接,后用砌体填充。
8.房屋纵向区段较长时,纵向剪力墙不宜集中设置在房屋的端开间。
9.为避免施工困难,不宜在变形缝两侧同时设置剪力墙。
10.抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
11.剪力墙之间的间距宜≤4B且≤50m(现浇、7度抗震),剪力墙之间的楼板有较大开洞时,剪力墙的间距应减小。
大洞见〈高规〉。
12.带边框的剪力墙截面厚度,抗震设计时,不应小于160mm且层高的1/20;一、二级抗震等级底部加强部位的墙厚,不应小于200mm且层高的1/16。
无端柱或翼墙的一字墙时,180mm且1/15,加强部位层高1/12。
否则计算墙体的稳定性。
三、剪力墙的构造要求,构造边缘构件和约束边缘构件设置、开洞构造及配筋等构造见〈高规〉7.2.16;7.2.17等。
四、初估截面尺寸及砼强度等级(必须满足构造规定)参照相近结构估。
或框架梁按跨度估;框架柱按负荷轴压估后再适当扩大;剪力墙按截面构造选。
框架-剪力墙结构,俗称为框剪结构。
主要结构是框架,由梁柱构成,小部分是剪力墙。
墙体全部采用填充墙体,由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。
适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。
框架与剪力墙结构体系的结合框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗侧力性能。
框剪结构中的剪力墙可以单独设置,也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。
因此,这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。
框剪结构的变形为剪弯型众所周知,框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大。
剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。
对于框剪结构,由于两种结构协同工作变形协调,形成了弯剪变形,从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比,使结构的侧向刚度得到了提高。
水平荷载主要由剪力墙承受从受力特点看,由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,在水平荷载作用下,一般情况下,约80%以上用剪力墙来承担。
因此,使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框架剪力墙结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点,二者通过水平刚度较大的楼盖协同工作,在水平作用下呈弯剪型位移曲线,层间变形趋于均匀,比纯框架结构侧移小,非结构性破坏轻,其中剪力墙为主要抗侧力构件,框架起到二级防线作用,比剪力墙体系延性好,布置灵活。
因此,框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。
但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远,当结构遭遇强烈地震时,剪力墙在其底部首先越过弹性变形阶段出现裂缝进而屈服,在出铰部位刚度大幅降低,刚度沿竖向发生突变,在塑性铰区发生塑性转动,从而带动上部的墙体发生刚体位移,再加上弯曲变形,顶部侧移激增,给与之相连的框架施加了很大的附加剪力。
而此刻结构的层间侧移角还远小于框架的弹性变形值,框架尚未充分发挥其自身的水平抗力。
框剪结构设计与施工浅析1.框剪结构设计1.1剪力墙承受水平荷载框剪结构集合了框架结构与剪力墙结构两者的优势,同时拥有了较大的设计空间与抗侧力性能,内部空间设计灵活。
从受力的特点来看,由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度与框架的侧向刚度相比要更强,因此通常情况下在水平荷载的作用下80%以上的水平荷载力都是由剪力墙来承担的。
所以,在框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框剪结构不单单框架布置结构灵活,同时还拥有良好的延性与高强刚度。
框剪结构是一种抗剪性能优良的结构体系,但是由于剪力墙与框架之间的层间位移角弹性极限值相差数据很大,因此当框剪结构遇到高等级地震的时候,剪力墙容易给与其相连的框架施加附加的剪力,而结构的层间侧移角与框架的弹性变形值还存在巨大的差异,框架无法充分发挥其水平抗力,剪力墙与框架之间的刚度比值出现改变,导致地震作用的重新分配,大大增强了框架的负担,降低了李逵昂家的延性。
1.2改善框剪结构抗震性能设计(1)提高剪力墙抗震性能将剪力墙设计成为四边都有梁柱的带边框墙,剪力墙的边框都可以组织其斜裂缝相邻发展,还能够在墙体遭到破坏后作为承重构件来代替剪力墙来承重,并且有一定的延性。
剪力墙的边框有足够的斜截面来承受剪承载力,以承担由于墙身裂纹对边框梁柱所引起的附加剪力。
对墙体的高宽比进行控制,必要的时候可以设置结构洞口或者结构竖缝,使得墙体便成为双肢墙或者多肢墙,降低刚度,以避免由于出现剪切破坏与底部墙体过早屈服。
(2)提高框架抗震性能強化框架的角柱部分,角柱是连接综合框架的重要枢纽,要全面提升框架的空间整体性就应该强化角柱的康健性能。
沿着周围框架平面以K形与X形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板,可以显著改善框架的剪力滞后的情况。
提升框架的整体性能以及抗推强度,改善结构的整体侧移情况,尤其是对于减少层间的侧移来说十分有效。
然而这种方式下的延性会相对更差,因此可以在墙板上最薄弱的地方画上“十”字形的结构竖缝形成延性耗能墙板。
土木工程中的框剪结构设计框剪结构是土木工程中常用的一种结构形式,具有较高的刚度和稳定性,被广泛应用于建筑、桥梁和高架等工程中。
本文将探讨框剪结构的设计原理、应用范围以及一些设计上需要注意的问题。
一、框剪结构的设计原理框剪结构是由框架和剪力墙组成的结构形式。
框架是由柱、梁和节点连接而成的刚性框架,可以承受水平荷载的作用。
剪力墙则是通过墙体的剪切变形吸收和分散荷载的作用。
框架和剪力墙的结合形成了整体的框剪结构,使其具备了较高的承载能力和刚度。
框剪结构的设计原理主要是通过框架和剪力墙的合理布置以及节点的设计来实现。
框架的布置需要考虑荷载的传递路径和结构的整体稳定性,通常采用近似等刚度的布置方式。
剪力墙的位置和布置要根据结构的形状和受力情况进行合理选择,以保证整体结构的稳定性和抗震能力。
节点设计上,需要考虑节点的刚度和连接的可靠性,确保对框架和剪力墙的连接能够承受设计荷载,且具备一定的变形能力。
二、框剪结构的应用范围框剪结构因其良好的抗震性能和刚度而被广泛应用于土木工程中。
在建筑领域,适用于高层建筑、大跨度厂房和特殊形状建筑等。
在桥梁领域,适用于高速公路桥、特殊结构桥和大跨度桥等。
在高架领域,适用于城市快速交通路段、地铁、轻轨和铁路等。
框剪结构的应用范围广泛,不仅仅限于上述几个领域,还可以根据具体工程需求进行灵活的设计。
三、框剪结构设计的注意事项在框剪结构设计中,需要注意以下几个问题。
1. 考虑构造体的整体性能。
在框剪结构中,框架和剪力墙应该作为整体考虑,而不仅仅是独立的构件。
设计时需要综合考虑两者的相互作用,以实现结构的整体性能。
2. 考虑荷载的传递路径。
框剪结构中的荷载主要通过框架来传递,因此需要保证框架的刚度和连接的可靠性。
在节点处应采取合适的连接方式,避免节点的变形和破坏。
3. 考虑地震作用。
框剪结构在设计中的一个主要目标是抵御地震力的作用。
因此,需要根据具体的地震烈度和工程要求进行合理的抗震设计,以确保结构的安全性和可靠性。
框剪结构施工组织设计一、前期准备工作在进行框剪结构施工之前,需要进行一系列的前期准备工作,包括施工方案的编制、技术交底、施工图纸的整理和计划编制等。
这些工作的目的是为了确保施工过程中的顺利进行,以及施工质量的保证。
1.施工方案的编制施工方案是框剪结构施工的基础,其中应包括施工的总体思路、施工工艺、施工方法、施工顺序等内容。
在编制施工方案时,需要充分考虑到工程的特点和实际情况,并与设计单位进行充分的沟通和讨论。
2.技术交底技术交底是指施工方案、施工图纸等技术文件向施工人员进行详细解释和说明的过程。
通过技术交底,可以确保施工人员对施工方案的理解和掌握,避免在施工中出现误解和差错。
3.施工图纸的整理施工图纸是指用于指导施工过程中的图纸,包括施工平面图、立面图、剖面图等。
在施工图纸的整理过程中,应根据设计单位提供的施工图纸,进行详细的检查和整理,并按照施工顺序进行编号和归档。
4.计划编制计划编制是指根据施工图纸和施工方案,制定详细的施工计划。
在计划编制过程中,应充分考虑到工程的施工周期、人力资源、材料供应等因素,并制定相应的施工进度表和监控措施。
二、施工组织的基本原则在框剪结构施工的过程中,应按照以下基本原则进行组织设计:1.安全第一在框剪结构施工过程中,安全是首要考虑的因素。
施工组织设计应注重安全管理,落实相关安全规范和操作规程,确保施工人员的人身安全和施工质量。
2.科学合理施工组织设计应符合工程的实际情况和施工要求,要科学合理地安排施工顺序、施工方法等,以提高施工效率和质量。
3.协调配合框剪结构施工涉及到多个施工工种和工程专业,各施工单位之间的协调配合非常重要,施工组织设计应注重协调各方利益,明确各施工单位的责任和权益。
4.经济有效施工组织设计应考虑到施工的经济效益,合理利用资源,控制成本,提高施工效率,以确保工程的经济效益和竞争力。
三、施工组织的具体内容框剪结构施工组织设计的具体内容包括以下几个方面:1.施工队伍的组织和管理施工队伍的组织和管理是施工组织设计的核心内容之一。
二、主要施工方法1。
测量1。
1 施工测量的准备工作:(1).了解工程的总体布局、定位及标高情况。
(2)。
对图纸进行校核。
(3)。
确定放线精度。
(4)。
测量设备、仪器确保在有效期内。
1。
2 建筑定位放线:(1)。
建筑物平面控制网的测设:建筑物平面控制网的定位依据建筑为原有建筑物,其中新建教学楼南墙外皮距物理楼北墙外皮16.95m,新建教学楼西墙与物理楼西墙平齐。
1).平面控制网的精度要求:根据建筑的结构和使用特点,布网精度为二级,测角中误差为±12",边长相对误差为 1/15000。
2)。
距离丈量方法:距离丈量采用I级钢尺,进行往返测量。
并考虑尺长、温度、倾斜、拉力等各项改正数。
具体公式为:(考虑采用标准拉力,则拉力改正数不计)—-—鉴定时标准温度式中:L—-—丈量时钢尺读数 t—-—实际距离 a--—钢尺线膨胀系数 LL——-钢尺实际长度 t———测量时实际温度实—-钢尺名义长度 h——-两端高差L明3)。
角度测设:采用合格的经纬仪根据已知的起始方向,测设角度.用正倒镜法测出角后,量取距离。
(2).建筑物高程控制网测设:高程引入采用原场区内已知水准点进行测设,本工程布设6个临时水准点,组成建筑物的高程控制网,控制网的测量由专人负责,技术负责人复测。
(3)。
测设轴线控制桩:根据已布好的建筑物平面控制网,测设轴线控制桩,测设时以两端控制桩为准,测定该边的控制桩,并校核各桩间距,精度同平面控制网.1.3 基础开挖和基础施工放线:(1).基础开挖放线1).根据轴线控制点,按图纸尺寸撒出基槽开挖上下口控制线,基槽上口控制线允许偏差为+50mm、—20mm,基槽下口控制线允许误差为±10mm.2)。
基础开挖接近槽底30cm时,人工辅助挖土,测量组随时跟着人工作业进行抄平,及时在基底按3m×3m设标高控制点,并在槽壁上测设出标高控制桩.基底标高控制点的允许误差为±10mm。
框剪结构设计要点《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)剪力墙布置:一、框剪结构两主轴方向均应布置剪力墙,剪力墙宜纵横相连的L、T、U型等布置,框架梁、柱与剪力墙的轴线宜重合在同一平面内,梁、柱轴线间偏心距不宜大于柱在该方向边长的1/4。
二、框剪结构中剪力墙布置应遵循“均匀、分散、对称、周边”的基本原则,并考虑:1.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼(电)梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大。
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.单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
4.剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐。
5.剪力墙不宜设在需要开大洞口的部位,当需要开洞时,洞口面积不宜大于墙面面积的1/6。
6.楼梯间、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置。
7.墙肢截面高度(墙长)不宜大于8m。
否则,墙面开洞并形成弱连梁连接,后用砌体填充。
8.房屋纵向区段较长时,纵向剪力墙不宜集中设置在房屋的端开间。
9.为避免施工困难,不宜在变形缝两侧同时设置剪力墙。
10.抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
11.剪力墙之间的间距宜≤4B且≤50m(现浇、7度抗震),剪力墙之间的楼板有较大开洞时,剪力墙的间距应减小。
大洞见〈高规〉。
12.带边框的剪力墙截面厚度,抗震设计时,不应小于160mm且层高的1/20;一、二级抗震等级底部加强部位的墙厚,不应小于200mm且层高的1/16。
无端柱或翼墙的一字墙时,180mm且1/15,加强部位层高1/12。
否则计算墙体的稳定性。
三、剪力墙的构造要求,构造边缘构件和约束边缘构件设置、开洞构造及配筋等构造见〈高规〉7.2.16;7.2.17等。
四、初估截面尺寸及砼强度等级(必须满足构造规定)参照相近结构估。
或框架梁按跨度估;框架柱按负荷轴压估后再适当扩大;剪力墙按截面构造选。
什么是框剪结构[关于框剪结构设计的影响因素探析]关于框剪结构设计的影响因素探析框剪结构是最主要的抗侧力构件,拥有着极强刚度,通过优良的性质,从容满足我国当前对建筑抗震设计的要求,更好的为我国建筑行业的健康发展,保驾护航。
1框剪结构的概念设计在当前的建筑抗震设计过程中,从一定程度上来说,概念设计要远远重要于分析计算,由于建筑结构受力的繁琐复杂,而且目前科学技术对地震的认识还存在局限性,而且,施工安装以及材料的性能等差异,都会影响到结构抗震分析技术的精准性,使其结构计算结果和实际世界差异较大。
”抗震概念设计”是指通过抗震要求,尽可能的减少破坏程度从而对基础及地基进行选择,并且设计建筑平立面、结构等布置,注意抗震的薄弱环节,合理选择材料的延性,再通过合理的设计计算和结构的处理措施,从而设计出优良抗震能力的建筑。
在进行概念设计时,需要对多方面因素进行考虑,比如场地情况、梁柱截面、材料强度、地理位置以及剪力墙的布置位置等,都会对其进行影响,剪力墙是框架结构最主要的抗剪力构件,应用框架结构时,需要将其主轴方向均设置剪力墙,从而构成双向的抗剪力结构,尤其是当抗震强度较高时,防止发生单向布置,通过控制各种参数指标,从而对其进行全方位的概念设计。
2框剪结构的结构设计2、1布置剪力墙在进行框剪结构剪力墙的布置时,通常均匀布置与建筑四周,并且积极发挥抗扭性能。
一般来讲,假如平面的凹凸变化较大,那么该部分的结构能力也相对比较薄弱,通常在其凸出部分进行剪力墙的布设,对其抗剪能力予以加强,纵横的剪力墙应该尽可能的在一起连接,或者将其设置值具备边框的框剪剪力墙,并且形成T形、L形以及口字型,尽量将其结构刚心与建筑质心发生重叠,从而提高剪力墙的抗扭能力以及刚度,与此同时,还要遵从均匀、对称、连续以及周边的原则。
2、2控制刚度特征值一般来说,刚度特征值越小,则结构的刚度越强。
目前,框架结构是最主要的抵抗地震作用的结构,如果抗侧刚度条件较差,那么结构将难以适应变形需求,从而导致框架受力较高,梁柱的截面尺寸也相应变大,从而降低框剪结构的使用性能。
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导读框架-剪力墙结构如何设计?我想只要设计过框架,设计过剪力墙结构,那么在搞懂了框架-剪力墙结构的变形及受力特点的基础上,再掌握一些框架-剪力墙结构的设计要点,那么恭喜你,遇到框架-剪力墙项目你也可以独立完成了!一、框架-剪力墙结构体系的变形及受力特点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。
如下图所示。
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(一般情况下,约80%以上水平荷载由剪力墙来承担)。
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。
二、框架-剪力墙结构的设计要点在了解了上述框剪结构的变形及受力特点的基础上,最核心的是将框架作为结构的二道防线,在即便剪力墙破坏的情况下,框架也能承担一部分剪力。
规范从刚度和承载力两个方面来对此进行了控制。
1、刚度控制《高规》8.1.3条:抗震设计的框架-剪力墙结构,应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值,确定相应的设计方法,并应符合下列规定:(1)框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%时,按剪力墙结构进行设计,其中的框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计;(2)当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10%但不大于50%时,按框架-剪力墙结构进行设计;(3)当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%但不大于80%时,按框架-剪力墙结构进行设计,其最大适用高度可比框架结构适当增加,框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用;(4)当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80%时,按框架-剪力墙结构进行设计,但其最大适用高度宜按框架结构采用,框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用。
框剪结构工程方案一、框剪结构设计1. 结构形式选择框剪结构是一种非常稳定和可靠的结构形式,适用于高层建筑、桥梁、地下结构等。
在设计过程中,我们需要根据具体的工程情况和要求来选择框剪结构的形式,包括框架的布置、剪力墙的设置以及连接方式等。
2. 结构计算在框剪结构的设计中,我们需要进行详细的结构计算,包括受力分析、荷载计算、结构构件尺寸确定等。
我们需要充分考虑结构的抗震、抗风性能,以及相关的变形控制策略,确保结构在外力作用下能够保持良好的稳定性和安全性。
3. 材料选用在框剪结构的设计中,材料的选用是非常关键的一步。
包括钢材、混凝土、钢筋混凝土等材料的选用,需要考虑材料的强度、韧性、耐久性等性能指标,确保结构的安全性和可靠性。
二、框剪结构施工技术1. 施工前准备在框剪结构施工前,我们需要进行详细的施工前准备工作,包括施工图纸的审查、施工材料的采购、施工设备的准备等。
同时,我们还需要进行相关的安全和质量控制计划的制定,确保施工过程中能够达到预期的效果。
2. 施工工艺框剪结构的施工工艺包括框架的搭设、剪力墙的浇筑、连接件的安装等。
在施工过程中,我们需要严格按照设计要求和相关规范进行操作,确保结构的稳定性和安全性。
3. 施工质量控制在框剪结构施工过程中,我们需要进行详细的施工质量控制工作,包括材料的质量检验、结构构件的尺寸检测、连接件的安装质量等。
同时,我们还需要进行相关的质量检测和验收工作,确保施工质量能够满足设计要求和相关规范。
三、安全和质量控制策略1. 安全管理在框剪结构工程施工过程中,安全管理是非常关键的一环。
我们需要制定相关的安全管理计划,包括施工现场的安全防护、施工人员的安全培训、施工设备的安全使用等。
同时,我们还需要进行现场安全检查和隐患排查工作,确保施工过程中不发生安全事故。
2. 质量管理在框剪结构工程施工过程中,质量管理是非常重要的一环。
我们需要制定相关的质量管理计划,包括施工材料的质量检验、结构构件的质量控制、施工工艺的质量监督等。
结构设计经验谈——框剪结构框架-剪力墙结构由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。
适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。
众所周知,框架结构的变形是剪切型,上部层间相对变形小,下部层间相对变形大。
剪力墙结构的变形为弯曲型,上部层间相对变形大,下部层间相对变形小。
对于框剪结构,由于两种结构协同工作变形协调,形成了弯剪变形,从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比,使结构的侧向刚度得到了提高。
一、水平荷载主要由剪力墙承受从受力特点看,由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多,在水平荷载作用下,一般情况下,约80%以上用剪力墙来承担。
因此,使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框架剪力墙结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点,二者通过水平刚度较大的楼盖协同工作,在水平作用下呈弯剪型位移曲线,层间变形趋于均匀,比纯框架结构侧移小,非结构性破坏轻,其中剪力墙为主要抗侧力构件,框架起到二级防线作用,比剪力墙体系延性好,布置灵活。
因此,框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。
但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远,当结构遭遇强烈地震时,剪力墙在其底部首先越过弹性变形阶段出现裂缝进而屈服,在出铰部位刚度大幅降低,刚度沿竖向发生突变,在塑性铰区发生塑性转动,从而带动上部的墙体发生刚体位移,再加上弯曲变形,顶部侧移激增,给与之相连的框架施加了很大的附加剪力。
而此刻结构的层间侧移角还远小于框架的弹性变形值,框架尚未充分发挥其自身的水平抗力。
剪力墙和框架之间刚度比值的变化也会引起地震作用的重新分配,增加了框架的负担,使得框架的延性降低,无法有效地担当起二道防线的作用。
另外,框剪结构多用于10~25 层左右的商住楼,根据工程设计实践,这一类层数的房屋自振周期大都在~,与某些地区的地震卓越周期较接近。
如1985年墨西哥太平洋岸的级地震,共有 164 幢6~20 层的房屋倒塌,其中倒塌率最高是 10~15 层的建筑, 5 层以下和 25 层以上的破坏较轻。
框剪结构设计一.框剪结构的特点1.框架—剪力墙结构,亦称框架—抗震墙结构,简称框剪结构。
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、实验楼等等。
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;(2)在框架的若干跨内嵌入剪力墙(有边框剪力墙);(3)在单片抗侧力结构内连续布置框架和剪力墙;(4)上述两种或三种形式的混合。
2.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,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:均布荷载时倒三角形荷载时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相类似,所以,楼层剪力在各道剪力墙之间是按其等效刚度EI eq 的比例进行分配。
框架在水平力作用下,其变形曲线为剪切型,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,所以,楼层剪力墙是按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配。
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,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S形的弯剪型位移曲线。
图一.框剪结构变形特点3.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;上部楼层则相反,剪力墙的位移越来越大,而框架的变形则相对较小,所以,框架除负担水平力作用下的那部分剪力外,还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力,因此,在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。
图二.框剪结构受力特点典型框剪结构中的框架底部剪力一般接近为零,剪力控制部位在房屋高度的中部甚至上部,而纯框架最大剪力墙在底部。
因此,对于带少量剪力墙的框架结构,仍须按框剪结构协同工作计算内力,不应仅按纯框架分析,以保证上部楼层的构件安全。
4.框剪结构在水平力作用下,水平位移是由楼层层间位移与层高之比Δu/h 控制,而不是顶点水平位移进行控制。
框架结构的最大层间位移一般在底部,剪力墙结构的最大层间位移则出现在顶部(理想状态下),框剪结构的最大层间位移则介于两者之间,一般在(0.4~0.8)H范围内。
二.结构布置1. 框剪结构的最大适用高度、高宽比和层间位移限制应符合《高规》的有关规定。
2. 框剪结构应设计成双向抗侧力体系。
抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙。
3. 框架-剪力墙结构中,主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接;梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合;框架梁、柱中心线之间有偏离时,应符合《高规》第6.1.3条的有关规定。
4. 框剪结构中剪力墙布置应按“均匀、分散、对称、周边”的基本原则考虑,尽可能做到:(1)剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;(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)纵、横剪力墙宜组成L 形、T 形和[形等型式;(4)单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%;(5)剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐;(6)楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;(7)剪力墙间距不宜过大,应满足楼盖平面刚度的需要,否则应考虑楼盖平面变形的影响。
(8)抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
5. 长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中,其剪力墙的布置尚宜符合下列要求:(1)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足《高规》表8.1.8 的要求,当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时,剪力墙的间距应适当减小;(2)纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。
三.剪力墙合理数量的确定在框剪结构中,应当使剪力墙承担大部分水平作用产生的剪力。
因为剪力墙是框剪结构的主要抗侧力构件,框架柱与剪力墙相比,其抗侧力刚度较小。
如果剪力墙数量过小,则结构可能会由于抗侧刚度不足而导致侧移过大,甚至因构件的承载力不足而破坏。
但是,剪力墙设置如果过多,不仅使结构刚度过大,从而加大了地震效应,而且使结构自重加大,施工工程量相应增加等,对结构也是不合理不经济的。
应当对框架—剪力墙结构中的剪力墙数量进行优化,确定较为合理的剪力墙数量。
一般可以采用计算机软件计算,通过满足以下要求来确定较为合理的剪力墙数量:1. 首先必须满足规范所规定的在水平荷载作用下框剪结构的侧移限制和舒适度要求。
2. 在此基础上,控制在基本振型地震作用下,剪力墙所承担的地震倾覆力矩占结构总地震力矩的比例一般在50%~80%之间较好。
此外还可以根据结构墙柱面积与楼面面积的比值来判断布置合理性,下表是国内部分框剪结构这方面的统计资料,可供参考:设计条件墙柱面积/楼面面积墙面积/楼面面积7度,二类场地3%~5% 1.5%~2.5%8度,二类场地4%~6% 2.5%~3%四.框剪结构主要设计参数及对应规范条文内容解读1. 框剪的最大适用高度及高宽比要求,见《高规》第 4.2节要求。
4.2 房屋适用高度和高宽比4.2.1 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比应分为A级和B级。
B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽,其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应加严,并应符合本规程有关条文的规定。
4.2.2 A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表4.2.2-1的规定,具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的最大适用高度尚应符合本规程第7.1.2条的规定。
框架/剪力墙、剪力墙和筒体结构高层建筑,其高度超过表4.2.2-1规定时为B级高度高层建筑。
B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的最大适用高度应符合表4.2.2-2的规定。
4.2.3A级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表4.2.3-1的数值;B级高度钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比不宜超过表4.2.3-2的数值。
2. 平面布置注意事项,见《高规》4.3节要求,其中对框剪结构有单独要求的为第4.3.1及第4.3.12条。
4.3.10 设置防震缝时,应符合下列规定:1防震缝最小宽度应符合下列要求:1)框架结构房屋,高度不超过15m的部分,可取70mm;超过15m的部分,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm;2)框架/剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的70%采用,剪力墙结构房屋可按第一项规定数值的50%采用,但二者均不宜小于70mm。
2防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度应按不利的结构类型确定;防震缝两侧的房屋高度不同时,防震缝宽度应按较低的房屋高度确定;3当相邻结构的基础存在较大沉降差时,宜增大防震缝的宽度;4防震缝宜沿房屋全高设置;地下室、基础可不设防震缝,但在与上部防震缝对处应加强构造和连接;5结构单元之间或主楼与裙房之间如无可靠措施,不应采用牛腿托梁的做法设置防震缝。
4.3.12 高层建筑结构伸缩缝的最大间距宜符合表4.3.12 的规定。
3. 结构竖向布置,见《高规》第4.4节要求,与其他结构体系的规定相同。
4.4 结构竖向布置4.4.1 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收。
结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。
4.4.2 抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。
4.4.3 A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的65%;B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。
注:楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。
4.4.4 抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。
4.4.5 抗震设计时,当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2 时,上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75 倍(图4.4.5a、b);当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9 倍,且水平外挑尺寸a不宜大于4m(图4.4.5c、d)。
4.4.6 结构顶层取消部分墙、柱形成空旷房间时,应进行弹性动力时程分析计算并采取有效构造措施。
4.4.7 高层建筑宜设地下室。
4. 层间位移要求,见《高规》第4.6.3规定。
4.6.3 按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δu/h宜符合以下规定:1高度不大于150m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于表4.6.3的限值;2高度等于或大于250m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h不宜大于1/500;3高度在150~250m之间的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比Δu/h的限值按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。
注:楼层层间最大位移Δu以楼层最大的水平位移差计算,不扣除整体弯曲变形。
抗震设计时,本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。
5. 位移比及周期比要求,见《高规》第 4.3.5规定。
4.3.5 结构平面布置应减少扭转的影响。
在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2 倍,不应大于该楼层平均值的 1.5 倍;B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2 借,不应大于该楼层平均值的 1.4 倍。
结构扭转为主的第一自振周期 Tt与平动为主的第一自振周期 T1 之比,A 级高度高层建筑不应大于 0.9,B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不应大于 0.85。
6. 剪重比要求,见《高规》3.3.13要求。
7. 刚重比要求,见《高规》5.4.1规定。
8. 轴压比要求,见《高规》6.4.2及7.2.14条规定。
其中需要注意的是,对于框架部分承担的地震倾覆力矩比值超过50%的框剪结构,应按框架结构的要求执行;另外,由于柱的轴压比设计组合规范规定为地震组合,且PKPM也按此执行,对于6度区或风力较大的7度区,可能会出现地震组合设计值小于恒+活+风的组合值情况。