双重抗侧力体系的研究

双重抗侧力体系的研究

§1.1 引言

框架-混凝土剪力墙体系，框架-支撑体系，框架-混凝土核心筒体系等统称为双重抗侧力体系。框架具有承受竖向荷载能力强，截面尺寸小等优点，但存在着抗侧刚度小的缺点；而剪力墙或支撑，筒体具有较大的抗侧刚度和较好的抗剪能力，双重抗侧力体系正好充分利用了二者各自的优点，在实际工程中的应用也越来越广泛。

传统方法对于双重体系在水平力作用下侧向位移的分析，采用了剪力墙由一个受弯悬臂构件代替，仅产生弯曲变形；框架由一个连续的受剪悬臂构件代替，仅产生剪切变形的假定。而事实上，双重抗侧力体系中包含的各体系均属弯剪型变形体系(介于两种极端情况之间)，因此，传统方法的简化显得过于粗糙。本文将传统方法的模型加以发展，考虑了剪力墙的剪切变形和框架的弯曲变形，使结构模型更趋于完善。

§1.2 结构体系的分类

在高层建筑结构设计中，水平荷载是设计的主要控制因素。分析水平荷载与结构体系的关系，根据建筑物高度、尺寸和其他条件，选择经济而有效的结构类型和结构体系，便成为结构设计的首要问题。高层建筑的结构体系，主要有框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-筒体结构体系、筒体结构体系等。这些体系的受力特点、抵抗水平荷载的能力、侧向刚度和抗震性能等都各有不同，因而有不同的适用范围。

§1.2.1 框架结构体系

框架结构由梁、柱构件通过结点连接构成。当结构单元的竖向和水平荷载，均完全由框架结构承担时，这种结构称为框架结构体系。

框架结构体系可以较灵活的配合建筑平面布置、安排需要较大空间的会议室、商场、餐厅、娱乐厅、车间、实验室等。所以，在非抗震区地公共建筑、宾馆、综合大楼和工业厂房等高层建筑中，获得广泛应用。

框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，适用于层数不太多的建筑中应用。当层数逐渐增多时，水平荷载对梁和柱的截面尺寸和配筋量的控制作用，就越来越大。当层数相当多时，底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大。对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用。在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。

框架结构的侧向刚度小，属柔性结构。框架在强烈地震作用下，由于弹-塑性变形所产生的水平位移较大。为了使框架具有充分的变形能力，设计中应保证结构有良好的延性。

框架结构的自振周期长，建筑物自重较小，从而招引的地震荷载也较小，这是对抗震有力的一面。但另一方面，国内外许多震害都表明：高层框架由于侧向刚度小，在强烈地震下的顶端水平位移和底部的层间位移都过大，致使非结构性的破坏严重，即填充墙、建筑装修和设备管道等破坏严重。在地震过程中，这些非结构性的破坏亦常常危害生命财产的安全，或者由于此生灾害（例如由此引起的火灾）而造成更大的破坏和损失。而且震后的修复工作量和投资往往也是巨大的。

天津友谊宾馆的震害是一个典型例子。该宾馆东段为8层框架结构，西段为11层框架-剪力墙结构。1976年唐山地震时，东段框架结构侧移和层间变形都很大，空心砖填充墙裂缝严重，上、下层窗间裂缝也很长很宽，且在个别角柱出现斜裂缝。框架结构由于其侧移属剪切型，层间位移下大上小，填充墙的震害也是下重上轻。西段的情况则

形成鲜明对比，由于框架-剪力墙结构侧移较小，填充墙仅有轻微裂缝。且由于框架-剪力墙结构的侧移属弯剪型，层间位移上大下小，填充墙震害相应地上重下轻。唐山地震后，东西两段都进行了修复。不久宁河地震时，所有修复部位，基本上均在原处开裂破坏。第二次修复时，在东段也设置了剪力墙，成为框架-剪力墙结构。

从以上分析可见：高层建筑采用框架结构，在层数及高度方面，应当根据层高、跨度、建筑物宽度和抗震设计烈度等，确定其合理使用范围。

图1.1所示上海东海中心二期，主体为框架结构，由塔楼和裙楼两部分组成。其中塔楼为地上23层，地下室3层。裙楼为地上4层，地下4层。图1.2所示太阳广场大厦，结构形式为双塔带裙房纯框架体系。

图1.1上海东海中心二期 图1.2上海太阳广场大厦

§1.2.2 剪力墙结构体系

承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙时，即形成剪力墙结构体系。

墙体同时亦作为维护和房间分隔构件。剪力墙的间距通常为3～8m，适用于要求小开间的住宅、宾馆等建筑。当采用大模板或滑升模板等施工方法时，施工简便，施工速度快，可省去或减少大量砌筑填充墙的工作量和材料。

剪力墙结构体系自重较大，由于整体性好和刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，

顶端水平位移和层间相对位移通常都能满足设计要求。且由于侧向变形小，有利于避免内部隔断墙、建筑装修、设备管道等非结构性破坏，也有利于防止过大的位移对主体结构在强度和稳定性方面造成的不利影响。

关键在于剪力墙的延性。高层建筑中当剪力墙的高宽比较大时，相当于一个以受弯为主的竖向悬臂构件。经合理设计，可以控制剪力墙的最终破坏以受弯破坏为主，延性较好，延性系数可以做到大于3～5的要求。目前，国内外许多研究人员都致力于进一步提高剪力墙延性的研究。已有的研究结果表明，通过控制剪力墙的截面高度，在墙间连梁中设置交叉斜钢筋和水平缝，在剪力墙肢中设置竖缝等，都有助于进一步提高剪力墙结构的延性。所以，经过合理设计的剪力墙，其抗震性能是比较好的。从一些震害的情况来看，剪力墙结构的震害一般比较轻微。例如罗马尼亚在1977年地震时，布加勒斯特有几百幢高层建筑剪力墙结构，都比较好地经受住了地震地考验，仅有一幢中一个单元倒塌。而高层框架结构却有32幢倒塌。

剪力墙结构体系也有它地缺点和局限性。剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，很难满足公共建筑等使用大空间地要求。结构自重较大，往往导致增加基础工程的造价。

图1.3和图1.4所示上海创世纪花园和海华花园为高层住宅，结构形式即剪力墙结构体系。

图1.3.上海创世纪花园 图1.4.上海海华花园

§1.2.3 框架-剪力墙结构体系和框架-筒体结构体系

框架结构体系具有空间大、平面布置灵活、立面处理丰富等优点，但侧向刚度差，抵抗水平荷载能力低，底部层间位移大容易引起非结构性破坏和次生灾害，对抗震不利。剪力墙结构体系则相反，抗侧力强度和刚度均很大，但平面布置欠灵活，不适应大空间的要求。因此，把两种结构体系结合起来，在同一结构单元中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，可以起到取长补短的作用。这种结构体系称为框架-剪力墙结构体系。

框架-剪力墙结构体系中的剪力墙，可以是成榀状地墙体，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等组成实腹筒体。当为后者地情况，结构体系成为框架-筒体结构体系。它跟框架-剪力墙结构体系的整体受力性态是基本相同的，所以有些文献就不加区别，两者都统称为框架-剪力墙结构体系，简称框-剪结构。

框架-剪力墙结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力。但由于两者变形形状不同，刚度相差也很大，需要通过各层楼板的约束作用使他们变形一致，达到框架和剪力墙协同工作。如前所述，当框架单独承受水平荷载时，其侧移曲线为剪切型。底部侧移增长迅速，层间相对位移下大上小。而当剪力墙单独承受水平荷载时，其侧移曲线为弯曲型，顶部侧移增长迅速，层间相对位移上大下小。两者通过各层楼板连在一起使侧移协调一致，则侧移曲线为介于弯曲型和剪切型之间的某一曲线——弯剪型或剪弯型。当以剪力墙为主时，曲线较接近弯曲型时，成为弯剪型，反之称为剪弯型。

由于框架和剪力墙的不同侧移特征，两者一起协同工作时，在下部层间位移小的剪力墙对框架施加跟荷载方向相反的力，给框架“支持”；在上部则反过来，层间位移小的框架对剪力墙施加跟荷载方向相反的力，给剪力墙“支持”。协同工作结果，使框架下部

和剪力墙上部的层间相对位移均相应减小，从而降低了整个结构体系的层间相对位移和顶端位移，提高了建筑物的侧向刚度。

在水平荷载作用下，剪力墙的存在，不但使框架各层梁、柱弯矩值降低，而且使各层梁、柱弯矩沿高度方向的差异减小，在数值上趋于均匀。这样，框架结构体系底层梁、柱的弯矩过大、配筋构造困难、构件规格型号多等缺点，对框架-剪力墙结构体系就不复存在了。

与框架结构相比，框-剪结构体系的抗侧力能力大大提高，地震作用下侧移小，非结构性破坏一般较轻，是抗震性能较好的结构体系。1972年的尼加拉瓜马拿瓜地震中两幢高层建筑的震害对比，也同样说明了这一点。两幢建筑物相距很近，一幢是15层的中央银行，有一层地下室，由于电梯井筒偏处建筑物一端，其横向起控制作用的部分是框架结构体系，地震时晃动激烈，加上质心和刚心不重合，扭转也很大，以致非结构性破坏严重，钢筋混凝土柱也有损坏，个别屈服，修复费用高达房屋造价的80％。另一幢是18层的美洲银行，有两层地下室，采用对称布置的框架-筒体结构体系，震后仅在3~17层筒体的连梁上有轻微斜裂缝，其他都完好，非结构性破坏几乎没有。这个对比同样说明了：刚度较大的框架-筒体结构体系的抗震性能，优于框架结构体系。

综合以上所述，框架-剪力墙结构体系和框架-筒体结构体系，由于布置较灵活、刚度大、抗侧力能力强和抗震性能好，获得广泛应用，特别是在高层公共建筑中，应用更多。

图1.5所示浦东发展银行大厦是一幢高级金融办公楼，结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。图1.6所示明天广场位于上海南京西路黄陂北路口，总高度282.9m，总层数60层。是一座商业、豪华酒店及高级公寓综合体。工程为全现浇钢筋混凝土结构。主楼为框架-筒体结构体系。

图1.5.浦东发展银行大厦 图1.6.上海明天广场

§1.2.4 框架-支撑结构体系

为了提高抗侧力结构的承载能力和侧向刚度，又避免过多的加大梁柱截面，框架-支撑结构体系是很有效和经济的常用抗侧力体系。它的作用基本上类似框架-剪力墙结构体系及框架-筒体结构体系。

框架-支撑体系是由框架体系演变而来的，即在框架体系中对部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架；或在框排架体系中，即外圈为刚接框架，内部为仅承担竖向荷载的排架式结构中对部分排架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑排架。上述设置支撑框架或支撑排架的结构，在水平荷载作用下，通过刚性楼板或弹性楼板的变形协调与刚接框架共同工作，形成一双重抗侧力结构的结构体系，该体系称为框架-支撑体系。

从历史上讲，早在19世纪末至今的建筑实例中，世界上大部分的最高建筑都是通过采用斜支撑来加强结构的侧向稳定性。建于1883年的纽约Statue of Liberty(自由女神像)就是最早的斜支撑结构重要建筑之一。在此后的30年中，大量的钢框架支撑结构高层建筑耸立在芝加哥和纽约。

早期的高层钢结构建筑中，每根斜支撑的设置高度一般为1～2层，这种布置方式

在目前仍然是有效和广泛采用的。然而，在中、高层建筑中，跨越多层及多跨的巨型斜支撑被采用，这种支撑的设置形式促进了建筑和结构的进步。

§1.2.5 筒体结构体系

筒体结构体系抵御水平荷载，比剪力墙和框-剪结构体系具有更大的强度和刚度。

利用电梯井、楼梯间和管道井等四周的墙体围成筒状，便形成了实腹筒体。它抵抗水平荷载的工作性态，就像一根固定于基础的、箱形横截面的竖向悬臂梁，具有很好的抗弯和抗扭刚度。实腹筒体可以单个或几个筒体来抵抗整个结构单元的水平荷载，也可以跟其他种类的结构共同组成抗侧力结构体系。

当围成筒体的四周墙体在各层都开有规则布置的门窗洞时，便形成空腹筒体，又称框架筒体，简称框筒。框筒结构承载水平荷载时的工作性态，从整体来看，跟实腹筒相似，可以看作箱型截面的竖向悬臂构件。但由于框筒的筒壁是网格式的结构，剪力滞后现象严重，分析内力时必须记及。单片网格式筒壁，承受作用在筒壁平面内的水平荷载时，其侧移形式接近框架，为剪切型。但作为箱型截面竖向悬臂构件的整体左右所产生的侧移，则属弯曲型。所以，框筒结构的实际侧移型式是介乎两者之间，属剪弯型。

当建筑物高度更高，刚度要求更大，并要求有较大的开敞空间时，可采用筒中筒结构（又称双重筒体结构）。这种体系通常由建筑物周边所围成的外框筒，以及实腹筒的内核组成。内、外筒之间由平面内刚度很大的楼板连结，迫使外框筒和实腹内框筒协同工作，形成一个比仅有外框筒时刚度更大的空间结构体系。国内、外许多超过50层的建筑，都采用了这种结构体系。

图1.7所示世界广场，位于浦东世纪大道南侧，建筑总高度近200m,地上38层，地下3层，是一幢以金融办公为主的智能化综合性超高层建筑。地面以上部分为全钢结构。主楼平面为八角形，由内外两个筒体形成抗侧力结构体系，由利于抗风、抗震。

图1.7.上海世界广场

§1.3 本文的研究背景和主要研究内容

§1.3.1 本文的研究背景和问题的提出

双重抗侧力结构体系由于具备其特有的优势，在工程实践中的应用越来越广泛，对于双重体系在水平荷载作用下的侧移计算，文献[1]进行了推导，我们称之为传统分析方法。

传统方法对于双重体系在水平力作用下侧向位移的分析，采用了剪力墙由一个受弯悬臂构件代替，仅产生弯曲变形；框架由一个连续的受剪悬臂构件代替，仅产生剪切变形的假定。这种假定，忽略了剪力墙的剪切变形和框架的弯曲变形。而事实上，双重抗侧力体系中包含的各体系均属弯剪型变形体系(介于两种极端情况之间)，因此，传统方法的简化显得过于粗糙。

事实上，双重抗侧力体系中包含的各体系均属弯剪型变形体系(介于两种极端情况之间)。本文第三章将传统方法的模型加以发展，考虑了剪力墙的剪切变形和框架的弯曲变形，使结构模型更趋于完善，我们称之为双重弯剪型分析方法。

双重弯剪型分析方法，对双重结构体系中两弯剪型结构的相互作用进行了分析，建立基本微分方程组并进行了求解，并通过分析了解了弯剪型结构的抗弯刚度参与与另一个结构共同工作的能力和自身抗剪刚度的相互影响关系。但这种方法虽然准确，但由于其推导公式复杂，而且推导的公式不能直观反应两弯剪型结构的相互作用，因此也不宜推广。

§1.3.2 现有的研究内容

现已有不少文献对于双重结构体系的一阶和二阶分析简化模型进行了分析。

然而目前参考文献采用计算假定大多是：

1）在整个高度上，框架和剪力墙的几何和力学特性不变；

2）剪力墙可由一个受弯悬臂构件代替，即仅产生弯曲变形；

3）框架可由一个连续的受剪悬臂构件代替，即仅产生剪切变形。这意味着框架的变形仅由柱和梁的弯曲变形产生，且柱的轴向刚度为无限大；

4）连接杆件可由水平刚性连接介质代替，它仅传递水平力并且使受弯和受剪悬臂构件的变形协调。

一阶的分析和计算不考虑竖向荷载，二阶分析和计算则把竖向荷载作用下的二阶效应考虑在内。

文献[1]和文献[2]都对双重体系在水平荷载作用下的一阶分析模型推导得出了解析解。其中文献[2]分别考虑了连接杆件是铰接和刚接两种情况。

文献[3]考虑了结构的竖向荷载，在结构刚度限制在沿高度不变得前提下，利用有限积分法进行了数值求解。

文献[4]则通过有限差分法进行二阶计算的数值求解。

文献[5]将钢框架-核心筒结构的计算模型进行简化，使计算自由度得以降低，通过

反复迭代得到结果。

文献[6]则将文献[1]的模型加以发展，通过用结构负刚度来等效竖向荷载产生的二阶效应。

文献[7]～[9]则将对双重结构体系中两弯剪型结构的相互作用进行了分析，建立基本微分方程组并进行了求解，只是对顶端集中荷载作用下简单荷载分析了二阶分析。

抗侧向荷载的结构体系(中文)

原文翻译： 抗侧向荷载的结构体系 常用的结构体系 若已测出荷载量达数千万磅重，那么在高层建筑设计中就没有多少可以进行极其复杂的构思余地了。确实，较好的高层建筑普遍具有构思简单、表现明晰的特点。 这并不是说没有进行宏观构思的余地。实际上，正是因为有了这种宏观的构思，新奇的高层建筑体系才得以发展，可能更重要的是：几年以前才出现的一些新概念在今天的技术中已经变得平常了。 如果忽略一些与建筑材料密切相关的概念不谈，高层建筑里最为常用的结构体系便可分为如下几类： 1．抗弯矩框架。 2．支撑框架，包括偏心支撑框架。 3．剪力墙，包括钢板剪力墙。 4．筒中框架。 5．筒中筒结构。 6．核心交互结构。 7．框格体系或束筒体系。 特别是由于最近趋向于更复杂的建筑形式，同时也需要增加刚度以抵抗几力和地震力，大多数高层建筑都具有由框架、支撑构架、剪力墙和相关体系相结合而构成的体系。而且，就较高的建筑物而言，大多数都是由交互式构件组成三维陈列。 将这些构件结合起来的方法正是高层建筑设计方法的本质。其结合方式需要在考虑环境、功能和费用后再发展，以便提供促使建筑发展达到新高度的有效结构。这并不是说富于想象力的结构设计就能够创造出伟大建筑。正相反，有许多例优美的建筑仅得到结构工程师适当的支持就被创造出来了，然而，如果没有天赋甚厚的建筑师的创造力的指导，那么，得以发展的就只能是好的结构，并非是伟大的建筑。无论如何，要想创造出高层建筑真正非凡的设计，两者都需要最好的。

虽然在文献中通常可以见到有关这七种体系的全面性讨论，但是在这里还值得进一步讨论。设计方法的本质贯穿于整个讨论。设计方法的本质贯穿于整个讨论中。 抗弯矩框架 抗弯矩框架也许是低，中高度的建筑中常用的体系，它具有线性水平构件和垂直构件在接头处基本刚接之特点。这种框架用作独立的体系，或者和其他体系结合起来使用，以便提供所需要水平荷载抵抗力。对于较高的高层建筑，可能会发现该本系不宜作为独立体系，这是因为在侧向力的作用下难以调动足够的刚度。 我们可以利用STRESS，STRUDL 或者其他大量合适的计算机程序进行结构分析。所谓的门架法分析或悬臂法分析在当今的技术中无一席之地，由于柱梁节点固有柔性，并且由于初步设计应该力求突出体系的弱点，所以在初析中使用框架的中心距尺寸设计是司空惯的。当然，在设计的后期阶段，实际地评价结点的变形很有必要。 支撑框架 支撑框架实际上刚度比抗弯矩框架强，在高层建筑中也得到更广泛的应用。这种体系以其结点处铰接或则接的线性水平构件、垂直构件和斜撑构件而具特色，它通常与其他体系共同用于较高的建筑，并且作为一种独立的体系用在低、中高度的建筑中。 尤其引人关注的是，在强震区使用偏心支撑框架。此外，可以利用STRESS，STRUDL，或一系列二维或三维计算机分析程序中的任何一种进行结构分析。另外，初步分析中常用中心距尺寸。 剪力墙 剪力墙在加强结构体系刚性的发展过程中又前进了一步。该体系的特点是具有相当薄的，通常是（而不总是）混凝土的构件，这种构件既可提供结构强度，又可提供建筑物功能上的分隔。 在高层建筑中，剪力墙体系趋向于具有相对大的高宽经，即与宽度相比，其高度偏大。由于基础体系缺少应力，任何一种结构构件抗倾覆弯矩的能力都受到体系的宽度和构件承受的重力荷载的限制。由于剪力墙宽度狭狭窄受限，所以需要以某种方式加以扩大，以便提从所需的抗倾覆能力。在窗户需要量小的建筑物外墙中明显地使用了这种确有所需要宽度的体系。

抗侧力体系

目录 摘要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1 1.纯钢框架结构体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1 1.1纯钢框架结构体系概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 1 1.2纯钢框架结构体系的设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 1 1.3纯钢框架结构体系的优缺点┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 2 2.钢框架体系—支撑体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2 2.1中心支撑框架体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5 2.1.1中心支撑框架体系概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5 2.1.2设计原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5 2.1.3中心支撑钢框架的支撑杆件设计分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 6 2.2偏心支撑框架体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7 2.2.1偏心支撑框架体系概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7 2.2.2偏心支撑钢框架的支撑杆件设计分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8 2.3钢框架—支撑结构体系的优缺点┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8 3.钢框架—剪力墙体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 3.1钢框架—剪力墙体系概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 3.1.1钢框架—混凝土剪力墙体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 3.1.2钢框架—带缝混凝土剪力墙体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 3.1.3钢框架—钢板剪力墙体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 3.2简化分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10 3.2.1不设加劲肋钢板剪力墙的设计分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10 3.2.2设有纵向和横向加劲肋钢板剪力墙的设计分析┄┄┄┄┄┄┄10 3.2.3内藏钢板支撑剪力墙的简化分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11 3.2.4带竖缝混凝土剪力墙的设计分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12 3.3钢框架—剪力墙体系的优缺点┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13 4.钢框架—混凝土筒体(剪力墙)的混合结构体系┄┄┄┄┄┄┄┄13 5.错列桁架结构体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14 6.轻钢龙骨结构体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15

抗侧力结构体系选择

1 概述 对高层建筑而言，水平荷载往往是结构体系与构件设计的控制因素。而处于抗震设防高烈度地区的建筑，地震荷载将起到决定性作用。合理的抗侧力体系的选取，不仅能确保结构满足正常使用和承载力极限状态的刚度、强度以及延性要求，还能较好地发挥材料的性能，加快施工进程，取得良好的经济指标。因此，在高层和超高层建筑的设计中，抗侧力体系的选取至关重要。 2 抗侧力体系分类 目前较为常用的抗侧力结构形式主要有：抗弯框架、中心支撑框架、偏心支撑框架、防屈曲支撑框架、钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙以及以上各种形式的组合等。 抗弯框架结构体系通过梁、柱节点的刚接来提供侧向刚度和水平承载力，抗侧力能力相对较弱，在水平荷载作用下，侧向变形较大，因而适用高度受到限制。 如果在框架体系中的某一跨或某几跨之间，增设斜向支撑杆件，就形成了框架梁、框架柱和斜撑等共同组成的支撑框架结构体系。支撑框架体系的主要优点是把水平力转化为轴向力，然后由斜撑来承担，提高了材料的利用效率。根据支撑杆件设置方式的不同，支撑框架体系又可分为中心支撑框架和偏心支撑框架。其中中心支撑框架是指支撑斜杆与框架横梁及柱汇交于一点，而无偏心。中心支撑构造简单，具有较大的侧向刚度。但中心支撑存在受压时的屈曲问题，尤其在往复的水平地震作用下，支撑构件反复受压屈曲后刚度和承载力急剧下降，由此造成结构的延性较差。中心支撑体系一般用于非地震区或地震区高度不超过12层的建筑中。偏心支撑框架是指支撑杆件至少有一端与框架梁相连，并且偏离梁柱轴线交点一定距离，形成耗能梁段(Shear-link)。这样的处理方法，相当于人为地设置薄弱环节，在大震作用下，允许这些预先设置的耗能梁段的受剪屈服先于支撑斜杆的屈曲，并通过耗能梁段的非弹性变形消耗输入的能量，以达到防倒塌的目的。偏心支撑框架结构体系是地震区应用较为普遍的抗侧力结构形式，但主要缺陷表现在地震作用下，耗能梁段会发生很严重的塑性变形，再加上梁本身也承担部分竖向荷载，震后修复工作难度较大。 防屈曲支撑框架也是近年来发展起来的新型抗侧体系。它区别于普通支撑的最大特点就是通过外部的钢套筒和内填混凝土有效限制了支撑杆件的受压屈曲，使得核心单元无论受拉还是受压都能够达到全截面屈服。国内外的研究成果表明，对相同截面面积的普通支撑和防屈曲支撑，后者在压力作用下屈曲可以得到有效抑制，滞回曲线拉、压对称并且呈饱满的梭形。较之普通支撑，防屈曲支撑在往复荷载作用下具有更好的耗能能力。目前该结构体系在美国、日本等发达国家已经有所应用，我国修订中的《高层民用建筑钢结构技术规程》也将增加防屈曲支撑钢框架的相关条文。防屈曲支撑框架的主要不足在于构件加工难度大，造价高；并且支撑的布置受到建筑立面的制约。

外文翻译--- 抗侧向荷载的结构体系

外文翻译--- 抗侧向荷载的结构体系

淮阴工学院 毕业设计外文资料翻译 系（院）：建筑工程学院 专业：土木工程房建方向 姓名： 学号：1091407202 外文出处：成都理工大学 Chengdu University of Technology (用外文写) 附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年月日 。

附件1：原文翻译 抗侧向荷载的结构体系 常用的结构体系 如果已经测出荷载量达数千万磅重，那么在高层建筑设计中就没有多少其他复杂的构思余地了。确实，较好的高层建筑普遍具有构思简单、表现明晰的特点。 这并不是说没有进行宏观构思的余地。实际上，正是因为有了这种宏观的构思，新奇的高层建筑体系才得以发展，可能更重要的是：前几年才出现的一些新概念在今天的技术中已经变的一般了。 如果忽略一些与建筑材料密切相关的概念不谈，高层建筑里最为常用的结构体系可以分为如下几类： 抗弯矩框架。 支撑框架，包括偏心支撑框架。 剪力墙，包括钢板剪力墙。 筒中框架。 筒中筒结构。 核心交互结构。 框架体系或束筒体系。 特别是由于现在需要采用更复杂的建筑形式，同时也需要增加刚度以抵抗风力和地震力，大多数高层建筑都具有由框架、支撑构架、剪力墙和相关体系相结合而构成的体系。而且，对于那些较高的建筑物来说，大多数都是由交互式构件组成三维陈列。 将这些构件结合起来的方法正是高层建筑设计方法的本质。其结合方式需要在考虑环境、功能和费用后再进行具体组合，以便提供促使建筑发展达到新高度的有效结构。这并不是说富于想象力的结构设计就能够创造出伟大建筑。正相反，有许多优美的建筑仅得到结构工程师适当的支持就被创造出来了，然而，如果没有天赋甚厚的建筑师的创造力的指导，那么，就只有好的结构才能得以发展，并非是伟大的建筑。无论如何，要想创造出高层建筑真正非凡的设计，两者都需要最好的。 虽然在许多文献中可以见到有关这七种体系的全面性讨论，但是在这里还值得进一步讨论。设计方法的本质贯穿于整个讨论中。 抗弯矩框架

双重抗侧力体系的研究

双重抗侧力体系的研究 §1.1 引言 框架-混凝土剪力墙体系，框架-支撑体系，框架-混凝土核心筒体系等统称为双重抗侧力体系。框架具有承受竖向荷载能力强，截面尺寸小等优点，但存在着抗侧刚度小的缺点；而剪力墙或支撑，筒体具有较大的抗侧刚度和较好的抗剪能力，双重抗侧力体系正好充分利用了二者各自的优点，在实际工程中的应用也越来越广泛。 传统方法对于双重体系在水平力作用下侧向位移的分析，采用了剪力墙由一个受弯悬臂构件代替，仅产生弯曲变形；框架由一个连续的受剪悬臂构件代替，仅产生剪切变形的假定。而事实上，双重抗侧力体系中包含的各体系均属弯剪型变形体系(介于两种极端情况之间)，因此，传统方法的简化显得过于粗糙。本文将传统方法的模型加以发展，考虑了剪力墙的剪切变形和框架的弯曲变形，使结构模型更趋于完善。 §1.2 结构体系的分类 在高层建筑结构设计中，水平荷载是设计的主要控制因素。分析水平荷载与结构体系的关系，根据建筑物高度、尺寸和其他条件，选择经济而有效的结构类型和结构体系，便成为结构设计的首要问题。高层建筑的结构体系，主要有框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-筒体结构体系、筒体结构体系等。这些体系的受力特点、抵抗水平荷载的能力、侧向刚度和抗震性能等都各有不同，因而有不同的适用范围。 §1.2.1 框架结构体系 框架结构由梁、柱构件通过结点连接构成。当结构单元的竖向和水平荷载，均完全由框架结构承担时，这种结构称为框架结构体系。

框架结构体系可以较灵活的配合建筑平面布置、安排需要较大空间的会议室、商场、餐厅、娱乐厅、车间、实验室等。所以，在非抗震区地公共建筑、宾馆、综合大楼和工业厂房等高层建筑中，获得广泛应用。 框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，适用于层数不太多的建筑中应用。当层数逐渐增多时，水平荷载对梁和柱的截面尺寸和配筋量的控制作用，就越来越大。当层数相当多时，底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大。对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用。在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。 框架结构的侧向刚度小，属柔性结构。框架在强烈地震作用下，由于弹-塑性变形所产生的水平位移较大。为了使框架具有充分的变形能力，设计中应保证结构有良好的延性。 框架结构的自振周期长，建筑物自重较小，从而招引的地震荷载也较小，这是对抗震有力的一面。但另一方面，国内外许多震害都表明：高层框架由于侧向刚度小，在强烈地震下的顶端水平位移和底部的层间位移都过大，致使非结构性的破坏严重，即填充墙、建筑装修和设备管道等破坏严重。在地震过程中，这些非结构性的破坏亦常常危害生命财产的安全，或者由于此生灾害（例如由此引起的火灾）而造成更大的破坏和损失。而且震后的修复工作量和投资往往也是巨大的。 天津友谊宾馆的震害是一个典型例子。该宾馆东段为8层框架结构，西段为11层框架-剪力墙结构。1976年唐山地震时，东段框架结构侧移和层间变形都很大，空心砖填充墙裂缝严重，上、下层窗间裂缝也很长很宽，且在个别角柱出现斜裂缝。框架结构由于其侧移属剪切型，层间位移下大上小，填充墙的震害也是下重上轻。西段的情况则