短肢剪力墙结构体系的非线性有限元分析

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1、山东建筑大学硕士学位论文1．1概述1．1．1高层建筑的特点：第1章绪论我国内地高层建筑自从50年代开始自行设计和建造，80年代我国高层建筑开始高速度发展。因此，高层建筑的设计和施工也在不断地完善，但理论方面仍需进一步地研究。高层建筑结构要同时承受竖向荷载和水平荷载，还要抵抗地震作用。随着高度的增加，位移和弯矩增加的速度都加快。所以高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内【¨。如果建筑物产生过大的侧向变形，首先是影响使用，使使用者感到不舒服；其次，会导致填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形；最后可能使主体结构产生附加内

2、力，出现裂缝，甚至倒塌。因此，高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键。欲使抗侧力结构具有足够的承载能力和刚度，又有较好的抗震性能，还要尽可能地提高材料的利用率，降低材料消耗；选择合适的材料、结构体系、基础形式等，采用合理而可行的计算方法和设计方法。虽然自80年代以来，大量高层建筑的建成，积累了丰富的实践经验，加之国内一系列振动台试验和拟动力试验，为进一步补充和完善《高层建筑混凝土结构技术规程》提供了大量的技术依据。但随着社会的不断发展，一些新型的结构体系也被应用于高层建筑中，比如短肢剪力墙结构体系，这方面的研究尚不成熟【2】o1．1．2高层住宅采用的基本结构体系在高层建筑中数量最

3、多的是高层住宅，建筑高度的不断增加，建筑类型和功能越来越复杂，结构体系更加多样化。就我国国情来说，高层建筑大多采用的是钢筋混凝土结构。作为高层建筑其结构形式可以是多样的，但大部分为框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、异形柱框架结构以及短肢剪力墙结构等。1．框架结构框架结构是空间刚性连接的杆系结构，独立承受各个方向传来的荷载和作用。由于其以竖向承重结构为主，因此可以灵活布置。外墙采用非承重构件，可以使立面灵活多变。如果采用轻质隔墙和外墙，就可以大大降低房屋自重，节省材料。框架结构构件形式单一，易于标准化、定型化，具有施工简单、周期短的优点。对于高层住宅山东建筑大学硕士学位论文来说，由

4、于住宅房间分隔一般都不规则，柱网难以布置。如果在分隔处也设置柱的话，则很难形成规则柱网。对于不规则框架来说，从受力的角度来分析，框架结构属于柔性结构，其侧向刚度较小，抗侧能力较差。由于刚度中心和质量中心不在同一位置而造成扭转，对高层建筑的抗震相当不利。如果规则布置柱网，则可能会影响平面的使用，会出现“露梁露柱"的现象，从而影响家具的布置也不美观【3】。2．剪力墙结构．剪力墙结构是指纵横向主要承重结构全部为剪力墙，其纵墙既可以承受竖向荷载也可抵抗水平荷载。在建筑物中，一般均成组布置互相垂直的剪力墙，以承受纵横向传来的水平和扭转荷载。剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小

5、，承载力要求也容易满足，因此，这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。由于剪力墙可以沿房间分隔墙布置，可以与建筑平面较好的配合，而且剪力墙也可以作为分隔墙，从而避免了柱外露的缺点。剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求，而且剪力墙结构重量大、水泥用量多。当底部需要布置大房间时，则需要将一定数量的剪力墙在底层改成框架，这时又要求处理结构转换层的问题。3．框架一剪力墙结构在框架结构中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来，取长补短，共同抵抗水平荷载，就组成了框架一剪力墙结构体系。由于剪力墙刚度大，剪力墙将承担大部分水平

6、力，是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承担竖向荷载，提供了较大的使用空间，同时也承担少部分水平力。由于框架一剪力墙结构是空间协同工作，楼屋盖的整体性和刚度具有很重要的作用，而且楼屋盖与剪力墙的连接是关键部位，处理不好，不能保证水平荷载有效地传给剪力墙。这种体系应用于住宅结构中，由于住宅的房间分隔一般都不规则，柱网难以布置，容易出现柱子外凸的现象，影响家具的布置及美观(4J。4．异形柱框架结构体系异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2—4，相对于正方形和矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L’’型、“T"型和“十"字型。异形柱框

7、架结构的角柱为L型、边柱为T型，中柱为十字型，填充墙与柱截面厚度相等，避免了普通框架结构梁柱突出墙面的缺点，适用于住宅建筑，山东建筑大学硕士学位论文但它的不足之处在于异形柱的肢长较短，当建筑的高度较高时，异形柱无法满足轴力和抗侧力的要求。5．短肢剪力墙结构随着人们对高层住宅平面与空间的要求越来越高，框架结构的“露梁露柱"现象以及普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已经不能满足人们对住宅空间的要求。于是，在普通剪力墙的基础上，吸收了框架结构的