双重抗侧力体系的研究.pdfVIP

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。

1

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

2

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