高層建筑結構1高層建筑結構第八章框架-剪力墻結構設計8.1框架-剪力墻結構特點8.2框架-剪力墻結構的簡化計算方法8.3框架-剪力墻結構的設計和構造8.4板柱-剪力墻結構8.5案例分析——高層混凝土框架-剪力墻商住樓結構設計

熊海貝

教授，一級注冊結構工程師同濟大學土木工程學院結構防災減災工程系

xionghaibei@

高層建筑結構2問：生活中有哪些建筑是框-剪結構？框-剪結構與框架結構和剪力墻結構的區別？框-剪結構建筑有什么優點和缺點？什么叫板柱-剪力墻結構？板柱-剪力墻結構的設計和框-剪結構有什么區別？

高層建筑結構3第八章框架-剪力墻結構設計第八章框架-剪力墻結構設計

高層建筑結構4【學習目標】通過學習本章內容，掌握框架-剪力墻結構體系中框架和剪力墻中的內力分配、抗側剛度貢獻及協同工作機理；了解框架-剪力墻結構的簡化計算方法，掌握框架-剪力墻結構計算假定、設計方法和構造措施；了解板柱-剪力墻結構的設計方法。【學習方法】框架與剪力墻組合可以生成不同的結構體系，本章重點是框架與剪力墻在同層平面內的組合形式。學習時應注意框架-剪力墻結構中的框架、剪力墻與第六章框架結構中的框架、第七章剪力墻結構中的剪力墻的異同點；思考板柱-剪力墻結構與框架-剪力墻結構的不同點；通過對比思考，在學習新體系的同時加深對第六章和第七章內容的理解和應用。8.1.1框架-剪力墻結構體系：8.1框架-剪力墻結構特點常用的框架-剪力墻結構：混凝土框架-剪力墻結構混凝土板柱-剪力墻結構由框架和剪力墻共同作用承受水平和豎向作用的結構體系。剪力墻抗側剛度大，在框剪結構中承受較大部分的水平荷載作用。

高層建筑結構5第八章框架-剪力墻結構設計本章著重介紹混凝土框架-剪力墻結構的受力特點、設計方法和構造措施。鋼框架-混凝土剪力墻結構木梁柱（板柱）-混凝土剪力墻結構8.1框架-剪力墻結構特點建筑物高度有所提高；空間分隔靈活；常用于商場、辦公樓、住宅等

高層建筑結構6第八章框架-剪力墻結構設計8.1.1框架-剪力墻結構體系：8.1.2框剪結構受力特點：

高層建筑結構7第八章框架-剪力墻結構設計剪力墻變形框架變形變形協調框架-剪力墻結構中框架與剪力墻協同工作示意圖內力協調8.1.2框剪結構受力特點：

高層建筑結構8第八章框架-剪力墻結構設計剪力墻提供了較大部分的抗側剛度；當剪力墻位于中心部位，僅提供較大的抗剪剛度，框架柱提供較大的抗彎剛度；當剪力墻位于平面外圍，不僅提供較大的抗剪剛度，而且提供較大的抗彎剛度及抗扭轉剛度；框架－剪力墻結構具有多道抗震防線，是較好的抗震結構形式之一。8.1.2框剪結構受力特點：

高層建筑結構9第八章框架-剪力墻結構設計框架-剪力墻結構的分類和設計方法（表8-1）框架承受的地震傾覆力矩設計方法最大適用高度框架抗震等級和軸壓比剪力墻彈性層間側移角≤10%按剪力墻結構設計按剪力墻結構確定按框剪結構中的框架確定按剪力墻結構設計1/1000>10%但≤50%按框剪結構設計按框剪結構中的框架確定按框剪結構中的框架確定按框剪結構中的剪力墻設計1/800>50%但≤80%比框架結構適當增加宜按框架結構確定>80%宜按框架結構設計宜按框架結構確定應按框架結構確定8.2.1簡化假定及計算簡圖

8.2框剪結構的簡化計算方法

高層建筑結構10第八章框架-剪力墻結構設計思路：將框架-剪力墻結構拆分為總框架和總剪力墻兩部分，然后按照框架和剪力墻的簡化方法，分別計算其各自的內力框架剪力墻整體＝總框架＋總剪力墻＋連桿基本假定：樓板在自身平面內的剛度無限大。當結構體型規則、剪力墻布置比較對稱均勻時，結構在水平荷載作用下不計扭轉的影響不考慮剪力墻和框架柱的軸向變形及基礎轉動的影響。8.2.1簡化假定及計算簡圖

高層建筑結構11第八章框架-剪力墻結構設計1-縱向框架梁；2-橫向框架梁；3-剪力墻根據基本假定，框架-剪力墻結構可以簡化成鉸接或剛接結構體系8.2.1簡化假定及計算簡圖

高層建筑結構12第八章框架-剪力墻結構設計鉸接計算簡圖1-①軸和⑥軸墻形成總剪力墻2-②到⑤軸四榀框架形成總框架8.2.1簡化假定及計算簡圖

高層建筑結構13第八章框架-剪力墻結構設計剛接計算簡圖1-①軸中兩榀剪力墻或⑥軸中兩榀剪力墻2-①軸中的框架或⑥軸中的框架8.2.2協同工作的基本原理

高層建筑結構14第八章框架-剪力墻結構設計剪力墻可視作下端固定、上端自由，承受外荷載與框架彈性反力的一個“彈性地基梁＂（圖c）框架就是剪力墻這個假定梁的假想“彈性地基＂（圖d）由此二者共同承受水平荷載8.2.2協同工作的基本原理

高層建筑結構15第八章框架-剪力墻結構設計總剪力墻剛度計算

總框架剛度計算

8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構16第八章框架-剪力墻結構設計鉸接體系計算簡圖8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構17第八章框架-剪力墻結構設計計算要點：建立等效總剪力墻剛度建立等效總框架剛度剛度特征系數樓板相當于連桿，鉸接于框架和剪力墻建立剪力墻脫離體，框架的作用相當于“彈性地基梁”根據邊界條件建立微分方程求出滿足方程的解8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構18第八章框架-剪力墻結構設計求解微分方程式，可得到側移。有了側移變形，通過積分，即可求出總剪力墻的彎矩和剪力；通過平衡關系，可求出總框架的層剪力，求出總連系梁的彎矩。倒三角分布荷載作用下的最后計算公式如下：8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構19第八章框架-剪力墻結構設計倒三角分布荷載下位移系數8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構20第八章框架-剪力墻結構設計倒三角分布荷載下剪力墻的彎矩系數8.2.3按鉸接假定進行內力分配

高層建筑結構21第八章框架-剪力墻結構設計倒三角分布荷載下剪力墻的剪力系數8.2.4按剛接假定進行內力分配

高層建筑結構22第八章框架-剪力墻結構設計剛接體系計算簡圖8.2.4按剛接假定進行內力分配

高層建筑結構23第八章框架-剪力墻結構設計計算要點：建立等效總剪力墻剛度建立等效總框架剛度建立連桿總約束剛度連桿對剪力墻有約束作用，剛度特征系數建立剪力墻脫離體，框架的作用相當于“彈性地基梁”根據邊界條件建立微分方程求出滿足方程的解8.2.5框架-剪力墻結構位移與內力分布規律

高層建筑結構24第八章框架-剪力墻結構設計1.側向位移特征

8.2.5框架-剪力墻結構位移與內力分布規律

高層建筑結構25第八章框架-剪力墻結構設計2.荷載與剪力的分布特征

8.2.5框架-剪力墻結構位移與內力分布規律

高層建筑結構26第八章框架-剪力墻結構設計2.荷載與剪力的分布特征

8.3.1框-剪結構中剪力墻的布置

8.3框架-剪力墻結構的設計和構造

高層建筑結構27第八章框架-剪力墻結構設計

8.3.1框-剪結構中剪力墻的布置

8.3框架-剪力墻結構的設計和構造

高層建筑結構28第八章框架-剪力墻結構設計2.剪力墻的布置和間距剪力墻的布置，應遵循“均勻、分散、對稱、周邊”的原則。剪力墻宜布置在結構平面的以下部位(1)豎向荷載較大處(2)平面形狀變化較大的角隅部位(3)建筑物端部附近(4)樓梯、電梯間實際工程中，布置剪力墻的位置往往會與建筑功能布置矛盾。為此，結構工程師必須與建筑師共同商討以得到合理適用的剪力墻和框架柱的結構平面布置。8.3.2框-剪結構中框架最小剪力調整

8.3框架-剪力墻結構的設計和構造

高層建筑結構29第八章框架-剪力墻結構設計

8.3.2框-剪結構中框架最小剪力調整

8.3框架-剪力墻結構的設計和構造

高層建筑結構30第八章框架-剪力墻結構設計2.框架柱數量從下至上分段有規律減少時，則分段按上面第(1)條所述方法進行調整，其中每段的底層總剪力取該段最下一層的剪力。3.下列情況可直接對各層框架柱的總剪力乘以2予以放大：

（1）剪力墻結構中，僅設置少量的柱而未構成框架時；（2）采用框架－剪力墻結構的屋面凸出部分。框架內力的調整，不是力學計算的要求，而是一種保證框架安全的設計措施。8.3.3構件截面設計及構造要求8.3框架-剪力結構的設計和構造

高層建筑結構31第八章框架-剪力墻結構設計框架梁柱的截面設計按對應框架章節進行；剪力墻的截面設計按對應剪力墻章節進行。非抗震設計時，剪力墻的豎向和水平分布鋼筋的配筋率均不應小于0.20%,抗震設計時均不應小于0.25%,并應至少雙排布置（具體應根據墻厚確定，可參照剪力墻結構的相關規定）。各排分布鋼筋之間應設置拉筋，拉筋直徑不應小于6mm，間距不應大于600mm。8.4.1板柱-剪力墻結構體系的特點8.4板柱-剪力墻結構

高層建筑結構32第八章框架-剪力墻結構設計板柱-剪力墻結構，有效提高了板柱結構的抗震性能。板柱-剪力墻結構可以用于設防烈度不超過8度的高層建筑。板柱-剪力墻結構房屋的周邊應采用有梁框架，樓、電梯洞口周邊宜設置邊框梁，其剪力墻的布置要求與框架－剪力墻結構中剪力墻的布置要求相同板柱結構是指鋼筋混凝土無梁樓蓋和柱組成的結構在板柱結構中設置剪力墻，或將樓、電梯間做成鋼筋混凝土井筒，即成為板柱-剪力墻結構8.4.2板柱-剪力墻結構布置8.4板柱-剪力墻結構

高層建筑結構33第八章框架-剪力墻結構設計板柱－剪力墻結構的布置應符合下面要求：1.應布置成雙向抗側力體系，結構平面的兩主軸方向均應設置剪力墻；2.房屋的頂層及地下一層頂板宜采用梁板結構，這是因為這些部位的樓板從協同工作原理看，受有較大的樓板平面內的剪力，因此要求樓板有較大的剛度；3.抗震設計時，樓蓋周邊不應布置外挑板，并應設置周邊柱間框架梁；4.抗震設計時，縱橫柱軸線均應設置暗梁，暗梁寬可取與柱寬相同；5.樓蓋有樓梯、電梯間等較大開洞時，洞口周圍宜設置框架梁和洞邊設邊梁；6.樓板跨度在8m以內時，可采用鋼筋混凝土平板；跨度較大而采用預應力樓板且做抗震設計時，樓板的縱向受力鋼筋應以非預應力低碳鋼筋為主，部分預應力鋼筋主要用作提高樓板剛度和加強板的抗裂能力。8.4.3設計方法8.4板柱-剪力墻結構

高層建筑結構34第八章框架-剪力墻結構設計板柱－剪力墻結構的組成構件是：板、柱和剪力墻，其設計和構造要求應按照這三種構件的要求進行。1.抗風設計時，板柱－剪力墻結構中各層筒體或剪力墻應能承擔不小于80%相應方向該層承擔的風荷載作用下的剪力；2.抗震設計時，應能承擔各層全部相應方向該層承擔的地震剪力，而各層板柱部分尚應能承擔不小于20%相應方向該層承擔的地震剪力，且應符合有關抗震構造要求；板柱－剪力墻結構在水平荷載作用下的受力與變形特點同框架－剪力墻是相同的；因而，在水平荷載作用下其內力和側移的計算方法均可采用第5章的計算方法。8.4.3設計方法8.4板柱-剪力墻結構

高層建筑結構35第八章框架-剪力墻結構設計3.結構分析中規則的板柱結構可用等代框架法，其等代梁的寬度宜采用垂直于等代框架方向兩則柱距各1/4;宜采用連續體有限元空間模型進行更準確的計算分析；4.樓板在柱周邊臨界截面的沖切應力，不宜超過0.7ft；5.沿兩個主軸方向均應布置通過柱截面的板底連續鋼筋，且鋼筋的總面積As應符合下式要求：As≥NG/fy式中：NG為該樓層重力荷載代表值作用下的柱軸向壓力設計值，8度時尚宜計入豎向地震影響；fy為鋼筋抗拉強度設計值。8.4.3板柱