抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件

3.1雙重抗側(cè)力體系的受力和變形性能雙重抗側(cè)力體系的特點是：由兩種受力和變形性能不同的超靜定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)都具備足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接而協(xié)同工作，共同抵抗外力。在地震作用下，當其中一部分有所損傷時，另一部分有足夠的剛度和承載力能夠承受較多地震作用，損傷部分可以與它共同擔當抗震任務(wù)，或者它能夠單獨抵抗后期地震，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計成雙重抗側(cè)力體系可以實現(xiàn)多道設(shè)防，是安全而可靠的抗震結(jié)構(gòu)體系。3.1雙重抗側(cè)力體系的受力和變形性能雙重抗側(cè)力體系的特點是：1常用雙重抗側(cè)力體系：框架－剪力墻（筒體）框架－核心筒筒中筒純框架和剪力墻結(jié)構(gòu)以及板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)均不是雙重抗側(cè)力體系。當然，實際工程中可以考慮填充墻對結(jié)構(gòu)初始剛度的功獻，以及在遭遇地震初期填充墻破壞造成結(jié)構(gòu)剛度變小，地震作用會減小，從概念上填充墻可視為框架結(jié)構(gòu)第一道抗震防線。常用雙重抗側(cè)力體系：23.1.1框架－剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)3.1.1框架－剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)3框架－水平荷載－剪力型變形通過剛性樓板協(xié)同工作彎剪型剪力墻－水平荷載－彎曲型變形框架－剪力墻在協(xié)同工作中的表現(xiàn)可以用剛度特征值λ來評價

λ＝λ<1剪力墻剛度大于框架，呈現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)特征λ>6剪力墻剛度遠小于框架，呈現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)特征1<λ<6框剪結(jié)構(gòu)框架－水平荷載－剪力型變形4注意：1、框剪結(jié)構(gòu)中框架柱很少時，進行結(jié)構(gòu)力學計算分析時應按剪力墻結(jié)構(gòu)考慮。2、框架結(jié)構(gòu)為控制側(cè)移，在一個方向或雙向布置少量剪力墻或在抗震縫兩側(cè)設(shè)防撞墻，墻體很少時結(jié)構(gòu)力學計算分析時應按框架考慮，如采用三維計算機軟件建模，宜按框剪模型，這樣算出的墻體內(nèi)力才符合實際情況。注意：5雙重抗側(cè)力體系的內(nèi)力調(diào)整：1.“高規(guī)”中規(guī)定：鋼筋混凝土框架－剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)，框架承擔的層剪力至少為基底剪力的20％或框架計算出的最大層剪力的1.5倍（取二者中的較小值）。當框架實際剪力分配比例達不到該值時，應當按上述規(guī)定增大框架內(nèi)力同時剪力墻層剪力不得減小。這一規(guī)定是保證中震和大震作用下結(jié)構(gòu)的安全。2.當剪力墻承擔的地震作用傾覆彎矩小于總傾覆彎矩的50％時，框架按純框架確定抗震等級。3.短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻應提高抗震等級，防止結(jié)構(gòu)在中、大震時出現(xiàn)連鎖倒塌現(xiàn)象。4.板柱－剪力墻中板柱形成弱框架，板柱至少應承擔20％的基底地震剪力。雙重抗側(cè)力體系的內(nèi)力調(diào)整：63.1.2筒中筒與框架－核心筒結(jié)構(gòu)3.1.2筒中筒與框架－核心筒結(jié)構(gòu)71.筒中筒結(jié)構(gòu)的受力特點雙重抗側(cè)力體系:周邊密柱深梁框架形成框筒，承受50％以上傾覆力矩;中部實腹筒承擔70％以上剪力。翼緣框架框筒共同抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩，不需腹板框架要進行內(nèi)力調(diào)整。深梁的作用：將角柱軸力傳遞至中柱，減小剪力滯后效應。1.筒中筒結(jié)構(gòu)的受力特點雙重抗側(cè)力體系:周邊密柱深梁框架形82.框架－核心筒周邊稀柱和普通框架梁無法形成框筒，在水平荷載作用下，邊柱剪力滯后效應較嚴重。對平板樓蓋，邊柱軸力隨柱距加大而減小，角柱軸力大于中柱。因此，框架-筒體結(jié)構(gòu)的翼緣框架通過深梁傳遞軸力作用可以忽略?？颍财矫嫘螤羁梢噪S意，結(jié)構(gòu)平面可以不設(shè)置角柱。2.框架－核心筒周邊稀柱和普通框架梁無法形成框筒，在水平荷載9框架－核心筒與筒中筒結(jié)構(gòu)的比較

下圖中1~12分別對應圖3-5中1~12軸的框架柱框架－核心筒與筒中筒結(jié)構(gòu)的比較

下圖中1~12分別對應圖310由圖3-6可見，框架－核心筒翼緣框架的柱子不僅軸力小，柱數(shù)量又較少，翼緣框架承受的總軸力要比框筒小得多，軸力形成的傾覆力矩也小得多。結(jié)構(gòu)主要是由(1)、(4)軸兩片框架（腹板框架）和實腹筒協(xié)同工作抵抗側(cè)力，角柱作為（1）、（4）軸兩片框架的邊柱而軸力較大。從（1）、（4）軸框架本身的抗側(cè)剛度和抗彎、抗剪能力看，也比框筒的腹板框架小的多，因此，框架－核心筒結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度小得多。由圖3-6可見，框架－核心筒翼緣框架的柱子不僅軸力小，柱數(shù)量11抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件12框架－核心筒中實腹筒為主要抗側(cè)力部分，而筒中筒中抵抗剪力以實腹筒為主，抵抗傾覆力矩則以外框筒為主。肋梁樓蓋密柱深梁框筒抵抗傾覆彎矩的實質(zhì)是各柱均有軸大軸力，兩列柱之間距離形成力臂，由于力臂大形成的抵抗矩也大。平板樓蓋改為肋梁樓蓋可以減小框架－核心筒剪力滯后效應?？蚣埽诵耐仓袑嵏雇矠橹饕箓?cè)力部分，而筒中筒中抵抗剪力以實13抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件143.1.1鋼－混凝土混合框架－核心筒結(jié)構(gòu)1.應按雙重抗側(cè)力體系設(shè)計。2.注意框架內(nèi)力調(diào)整，合理的方法是按每層層剪力的比例調(diào)整各層剪力。地震區(qū)調(diào)整幅度宜隨設(shè)防烈度的不同而改變。例如6、7度區(qū)0.2v，8度區(qū)0.25v。3、非抗震或6度設(shè)防區(qū)可以按非雙重抗側(cè)力體系設(shè)計，內(nèi)筒承擔100％剪力，外框架0.1～0.15v。4、限制在高設(shè)防烈度區(qū)的建造高度。由于該體系未經(jīng)實際地震檢驗，框架抗扭剛度，豎向構(gòu)件差異變形差等問題不易解決。5、鋼骨混凝土柱，鋼管混凝土柱的使用有利于提高框架抗剪承載力和剛度。6、高度較高或設(shè)防烈度較高時，核心筒可采用鋼骨混凝土提高延性。3.1.1鋼－混凝土混合框架－核心筒結(jié)構(gòu)1.應按雙重抗側(cè)力體153.2框架－核心筒與板柱－筒體結(jié)構(gòu)前者是雙重抗側(cè)力體系，后者不是。板柱－筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點：1.限制高度2.周邊布置框架梁3.弱框架（板帶與柱形成的框架）承擔20％基底剪力，核心筒承擔全部剪力4.如有中柱，中柱僅承擔豎向荷載，但必須考慮p-Δ效應3.2框架－核心筒與板柱－筒體結(jié)構(gòu)前者是雙重抗側(cè)力體系，后者163.3框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)的受力和變形性能超高層（一般B級高度）框架－核心筒結(jié)構(gòu)為控制結(jié)構(gòu)側(cè)移在內(nèi)筒與外柱之間設(shè)置由一層或數(shù)層高的桁架、空腹桁架組成的剛性梁，稱為伸臂。伸臂的作用原理：3.3框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)的受力和變形性能超高層（一般B級17（1）伸臂利用自身抗彎剛度大的特點，在結(jié)構(gòu)側(cè)移時，使一側(cè)的柱拉伸，另一側(cè)柱壓縮，柱承受較大軸力，增加外柱抵抗傾覆力矩的能力。（2）伸臂使內(nèi)筒產(chǎn)生反向約束彎矩，減小內(nèi)筒彎矩，同時減小整體側(cè)移。無論采用“平板”或“肋梁”樓蓋均可增大中柱軸力，但“肋梁樓蓋”連接內(nèi)筒與外柱的大梁對增加中柱軸力效果不明顯，因此，設(shè)置伸臂后可減小次梁高度，提高建筑凈空。伸臂的不利影響：結(jié)構(gòu)內(nèi)力沿高度突變，不利于抗震，對外柱尤為不利。（1）伸臂利用自身抗彎剛度大的特點，在結(jié)構(gòu)側(cè)移時，使一側(cè)的柱183.4加強層的設(shè)計概念伸臂－鋼桁架環(huán)向構(gòu)件－周邊桁架加強層帽桁架－結(jié)構(gòu)頂部剛性桁架減小內(nèi)筒和外柱豎向腰桁架－中間樓層變形差剛性桁架以上三者不一定同時設(shè)置，但設(shè)置時伸臂和環(huán)向構(gòu)件一般在同一層。3.4加強層的設(shè)計概念伸臂－鋼桁193.4.1伸臂設(shè)置的位置和數(shù)量由于高層尤其是超高層一般都有設(shè)備層和避難層，因此，伸臂一般布置在這些位置。伸臂存在優(yōu)化布置問題，一般情況下，有如下結(jié)論：（1）當只設(shè)置一道伸臂時，最佳位置在底部固定端以上（0.60~0.67）H之間，H為結(jié)構(gòu)總高度。也就是說設(shè)置一道伸臂時，大約在結(jié)構(gòu)的2/3高度處設(shè)置伸臂效果最好。（2）設(shè)置兩道伸臂的效果會優(yōu)于一道伸臂，側(cè)移會更小，當設(shè)置兩道伸臂時，如果其中一道設(shè)置在0.7H以上（也可在頂層），則另一道設(shè)置在0.5H處，這樣可以得到較好的效果。（3）設(shè)置多道伸臂時，會進一步減小位移，但位移減小并不與伸臂數(shù)量成正比，設(shè)置伸臂多于4道時，減小側(cè)移的效果基本穩(wěn)定，當設(shè)置多道伸臂時，一般可沿高度均勻布置。3.4.1伸臂設(shè)置的位置和數(shù)量由于高層尤其是超高層一般都203.4.2設(shè)置伸臂的效果和概念設(shè)置伸臂的主要目的：增大外柱的軸力，從而增加外框架抗傾覆力矩，增加抗側(cè)剛度，減小側(cè)移。一般框架-核心筒結(jié)構(gòu)加伸臂可減少位移15％～20％；而筒中筒結(jié)構(gòu)效果不明顯，大約僅有5％～10％。伸臂的作用原理與框筒密柱深梁的作用相似。設(shè)置伸臂的效果：一道伸臂的減小側(cè)移的效率最高，而多道伸臂減小側(cè)移的總量加大，但效率降低。3.4.2設(shè)置伸臂的效果和概念設(shè)置伸臂的主要目的：增大外21伸臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念：（1）在筒中筒結(jié)構(gòu)中，框筒主要依靠密柱深梁使翼緣框架各柱均勻受力，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度很大，伸臂的作用與此重復，設(shè)置伸臂的作用相對較小，反而帶來柱沿高度內(nèi)力突變的不利后果，因此在筒中筒結(jié)構(gòu)中，一般不再設(shè)置伸臂。（2）當采用框架－核心筒結(jié)構(gòu)時，一般在非地震區(qū)或烈度不高的地震區(qū)，由風荷載控制結(jié)構(gòu)設(shè)計時，用設(shè)置伸臂方法增加結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和減小位移是較好的方案選擇。在中等地震和強震地區(qū)，則應該做方案比較，要看層間位移是否滿足規(guī)范和規(guī)程要求，相差多少，慎重選擇伸臂的剛度和數(shù)量。如果不加伸臂的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移已能滿足規(guī)范和規(guī)程的要求，則不必設(shè)置伸臂，例如大連遠洋大廈，就沒有設(shè)置伸臂。詳見42頁圖2-17伸臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念：22（3）設(shè)置伸臂方案可以有多種選擇：選擇有效部位，設(shè)置一道剛度不大的伸臂設(shè)置多道伸臂，每道伸臂本身剛度不大每層設(shè)置剛度較大的連接內(nèi)筒和外柱的框架大梁（3）設(shè)置伸臂方案可以有多種選擇：233.4.3伸臂的結(jié)構(gòu)形式和連接一般采用鋼桁架伸臂與內(nèi)筒或外柱的剛性節(jié)點不宜一次擰緊到位，以適應筒和柱的豎向變形差異，避免產(chǎn)生次應力。3.4.3伸臂的結(jié)構(gòu)形式和連接一般采用鋼桁架243.4.4環(huán)向構(gòu)件周邊封閉桁架起到環(huán)箍作用協(xié)調(diào)周圍各柱的變形，減小變形差，減小稀柱剪力滯后效應3.4.4環(huán)向構(gòu)件周邊封閉桁架起到環(huán)箍作用253.4.5腰桁架和帽桁架腰桁架環(huán)向封閉桁架環(huán)向構(gòu)件帽桁架頂部剛性桁架伸臂腰桁架和帽桁架主要作用是減小內(nèi)筒和外柱豎向變形差，與伸臂或環(huán)向構(gòu)件并無明顯區(qū)別。3.4.5腰桁架和帽桁架腰桁架環(huán)向封閉桁架263.5筒中筒與框架－核心筒及框－筒－伸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計概念比較3.5筒中筒與框架－核心筒及框－筒－伸臂27抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件28抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件29因為框架－核心筒是高層結(jié)構(gòu)中應用較廣的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計中應注意以下問題:1)框架－核心筒結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的特點是外框架承受的剪力和傾覆力矩都較小。在鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)中，外框架構(gòu)件截面不宜過小。2)與筒中筒結(jié)構(gòu)不同，框架－核心筒結(jié)構(gòu)的抗扭剛度較差，因此內(nèi)筒布置偏離中心的影響較大，會使水平荷載作用下的扭轉(zhuǎn)增加?？蚣埽诵耐步Y(jié)構(gòu)應注意扭轉(zhuǎn)問題，提高抗扭剛度和抗扭承載力。3)框架－核心筒結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土實腹筒是主要的抗側(cè)力部分，承載力和延性要求都應更高，抗震時要采取提高延性的各種構(gòu)造措施。因為框架－核心筒是高層結(jié)構(gòu)中應用較廣的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計中應注30框架－核心筒結(jié)構(gòu)的樓板內(nèi)可以布置大梁也可以不布置大梁。但是建筑周邊的柱與梁必須剛接形成框架?？蚣埽诵耐玻毂劢Y(jié)構(gòu)中，要求在平面上伸臂對稱布置，一般情況下在兩個方向同時設(shè)置；但是有時也可只在一個方向設(shè)置伸臂。伸臂一端與外柱連接，另一段與內(nèi)筒連接，必須與同方向的剪力墻對齊（布置在兩個方向剪力墻的交匯處），這樣才有可能使伸臂中的鋼構(gòu)件或混凝土構(gòu)件的主要鋼筋貫通剪力墻，以便剪力墻承受伸臂傳來的彎矩和剪力?？蚣埽诵耐步Y(jié)構(gòu)的樓板內(nèi)可以布置大梁也可以不布置大梁。但是建313.6框架和框筒結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層3.6.1上下柱在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)換間距小的上柱轉(zhuǎn)換成間距大的下層柱特點：柱在同一平面，相對較簡單，受力明確轉(zhuǎn)換層上下剛度相差不大轉(zhuǎn)換構(gòu)件：實腹大梁，平面桁架3.6框架和框筒結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層3.6.1上下柱在同一平面323.6.2上下柱不在同一平面內(nèi)的轉(zhuǎn)換立面收進，柱沿豎向柱網(wǎng)改變轉(zhuǎn)換構(gòu)件（1）斜撐式轉(zhuǎn)換構(gòu)件（2）斜柱（3）轉(zhuǎn)換塊：從配筋實質(zhì)看是拉壓桿機構(gòu)（用于柱沿立面內(nèi)收）3.6.2上下柱不在同一平面內(nèi)的轉(zhuǎn)換立面收進，柱沿豎向柱33抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力課件343.7底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念和轉(zhuǎn)換層3.7.1框支剪力墻框支轉(zhuǎn)換梁－拉彎構(gòu)件轉(zhuǎn)換構(gòu)件托梁－轉(zhuǎn)換梁托梁上部一定高度剪力墻震害揭示：凡是采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)而來作特殊處理者，在大地震中均遭受嚴重破壞。3.7底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念和轉(zhuǎn)換層3.7.1框支353.7.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念1.不允許將全部或大部分剪力墻設(shè)計成框支，必須有一定數(shù)量上下貫通的剪力墻，這是震害總結(jié)出的經(jīng)驗。加強框支層剛度，控制轉(zhuǎn)換層上下層剛度比底部－層框架時，采用剪切剛度比：底部多層框架時，采用剪彎剛度比：

3.7.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念1.不允許將全部或36采用空間三維整體分析軟件時，可以從計算結(jié)果中取出以下參數(shù)來分析轉(zhuǎn)換層上下剛度比，這比用規(guī)范附錄中的簡化方法精確可靠(1)轉(zhuǎn)角比（剪彎剛度比）抗震時控制在0.7~1.4

(2)層抗側(cè)剛度比（剪切剛度比）采用空間三維整體分析軟件時，可以從計算結(jié)果中取出以下參數(shù)來分372.提高框支層構(gòu)件的承載力，避免出現(xiàn)薄弱層框支柱內(nèi)力調(diào)整落地剪力墻內(nèi)力調(diào)整加強落地墻的延性2.提高框支層構(gòu)件的承載力，避免出現(xiàn)薄弱層383.7.3轉(zhuǎn)換構(gòu)件實腹轉(zhuǎn)換梁：傳力直接，轉(zhuǎn)換層剛度相對不大。但注意：地震作用下破壞部位一般在柱上下端。箱形轉(zhuǎn)化梁：層剛度較大，不如實腹梁抗震性能好，高位轉(zhuǎn)換不能用。厚板轉(zhuǎn)換：層剛度、質(zhì)量都很大，抗震非常不利，6度以上設(shè)防時慎用！轉(zhuǎn)換層優(yōu)化設(shè)計3.7.3轉(zhuǎn)換構(gòu)件實腹轉(zhuǎn)換梁：傳力直接，轉(zhuǎn)換層剛度相對不393.7.4剪力墻結(jié)構(gòu)的高位轉(zhuǎn)換理論分析表明：（1）轉(zhuǎn)換層樓層升高使結(jié)構(gòu)周期和振型略有變化，但不會引起很大變化；但是如果轉(zhuǎn)換層位置正好與高振型的較大振幅值位置重合，則高振型影響將加大，特別當轉(zhuǎn)換層剛度及重量較大時，影響會更大。（2）轉(zhuǎn)換層升高對頂點位移、總層剪力和總傾覆力矩的影響也不大；但是在框支剪力墻和落地剪力墻之間的剪力分配會有較大變化，轉(zhuǎn)換層附近樓層的剪力交換會出現(xiàn)突變，樓板將承受較大的剪力。（3）轉(zhuǎn)換層以上一層可能出現(xiàn)層間位移角突變，但是轉(zhuǎn)換層位置升高并不會使突變更加嚴重，最大層間位移角的絕對值還可能減小，減小層間位移角突變的關(guān)鍵是調(diào)整上、下的相對剛度。3.7.4剪力墻結(jié)構(gòu)的高位轉(zhuǎn)換理論分析表明：40（4）加強轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)剛度，有利于減小框支部分層間位移的絕對值，也有利于減小和緩和剪力分配的突變程度。（5）高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，減小上部結(jié)構(gòu)的重量和剛度、減小轉(zhuǎn)換層本身的剛度和重量對改善樓層處的內(nèi)力突變影響明顯。高位轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)應當加強結(jié)構(gòu)優(yōu)化。（4）加強轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)剛度，有利于減小框支部分層間位移的絕41設(shè)計建議：（1）由于高位轉(zhuǎn)換時剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，應當優(yōu)化調(diào)整上、下結(jié)構(gòu)的布置和剛度，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近更是必要的，轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不宜大，最終可通過水平力（靜力）作用下精確的空間分析檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。（2）宜盡量選用剛度和重量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，計算時應多取參與組合的振型數(shù)。（3）通過計算仔細分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內(nèi)力分配特點，要分析和預見結(jié)構(gòu)的屈服和破壞模式，通過調(diào)整內(nèi)力和構(gòu)件配筋設(shè)計改善薄弱部位的性能，控制結(jié)構(gòu)的破壞部位。（4）在高層建筑中，高位轉(zhuǎn)換的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)宜進行彈塑性計算（彈塑性靜力分析或時程分析），以檢驗大震下的塑性鉸分布規(guī)律和層間變形，保證結(jié)構(gòu)在大震下的安全。設(shè)計建議：（1）由于高位轉(zhuǎn)換時剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，應423.8短肢剪