剪力墻結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

第6章剪力墻結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)［例題］某12層雙肢剪力墻，墻肢和連梁尺寸如圖6.4.6所示?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C20,承受圖示倒三角形荷載，試計(jì)算此雙肢墻的側(cè)移和內(nèi)力。［解］（1）墻肢和連梁的幾何特征計(jì)算IZOkN— ■□L墻肢1：A=0.16x5.08=0.813m21I=*1x0.16x5.083=1.748m4112A1h21.748-__30x1.2x1.7481+0.813x2.92=0.171m4墻肢2：A=0.16x3.92=0.627m22I=—x0.16x3.923=0.803m4212900.803A2h21+30xL2x°?8030.672x2.92=0.124m4□□□□□□□□□gJ?r-j0、圖6.4.6雙肢剪力墻l=lH—b=1.2+^^=1.60m連梁：b022a=2(5.08+3.92)+1.2=5.70mI=x0.16x0.83=6.83x10-3b0 12I= I= b 30rI1+Al2bb=3.90x10-3m46.83x10-32a2ID=bl3b2x5.702x3.90x10-31.603=0.0619m32）基本參數(shù)計(jì)算aAA5.70x0.813x0.627S= 4^= =2.018m3A+A 0.813+0.627126H2D 6x34.82x0.0619a2= = =60.80h(I+I) 2.9x(1.748+0.803)6H2D 6x34.82x0.0619a2=a2+ =60.80+ =74.281hSa 2.9x2.018x5.70丄=25丄=25x空止+獸）=0.0044=2.5r6 _Y=H2(A+aJ—34.82x(0.813+0.627)

a2 60.80t=1= =0.818a2 74.28E=2.55x107kNm2，由式(6.4.38)可求得屮=0.036，則等效剛度為E(+I) 2.55x107x(1.748+0.803)EI= ( = =2.86x108kNm2eq1+tV一1丿+3.64丫2 1+0.818x(0.036—1)+3.64x0.0044a連梁內(nèi)力計(jì)算雙肢墻的底部剪力為V0=780kN，由式（6.4.26）可求得第i層連梁的約束彎矩為m二①￡）玉Vh=60.80x780x2.900（^）=1851.500^）TOC\o"1-5"\h\zi a20 74.28由式（6427）和（6.4.28）可求得第i層連梁的剪力和梁端彎矩分別為V=m=1851.50①￡）=324.820（^）bia 5.70M=V?=324.82x16①￡）=259.860（^）bibi2 2根據(jù)連梁位置可得連梁的相對(duì)高陸，由式（6.4.24）可求得①￡）,由此可計(jì)算求得各層連梁的內(nèi)力，各層連梁剪力如圖6.4.7（a）所示，計(jì)算結(jié)果從略。4）墻肢內(nèi)力計(jì)算由式（6.4.29）一（6.4.31）可求得兩墻肢的內(nèi)力分別為M由式（6.4.29）一（6.4.31）可求得兩墻肢的內(nèi)力分別為M毛）一工mp ii丿◎一工m'i

丿厶V€）=0.580xV€）I'+I'pp12M=—1—.i1I+1I12T(Mi2 I+I12Vi1=0.685xfM m]P '\/=0.315xMii丿◎一工m.'V= 2V€）=0.420xV€）TOC\o"1-5"\h\zi2I'+1'p p12N=-N vi1 i2 bi及連梁的約束彎矩m可求得各墻肢的內(nèi)i根據(jù)外荷載產(chǎn)生的彎矩M及連梁的約束彎矩m可求得各墻肢的內(nèi)i力，墻肢1的剪力、軸力和彎矩分別如圖6.4.7（b）、（c）、（d）所示，計(jì)算結(jié)果從略,5）頂點(diǎn)位移計(jì)算11VH3 1178011VH3 11780x34.83u= 0 =x =0.606m［例題］某12層鋼筋混凝土整體小開口剪力墻，如圖6.6.3所示，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，承受倒三角形水平荷載。試計(jì)算其頂點(diǎn)位移和底層各墻肢的內(nèi)力。［解］首先計(jì)算各墻肢的幾何參數(shù)，見表6.6.1。表6.6.1各墻肢的幾何參數(shù)計(jì)算墻肢A(m2j)x(mj)Axjjy(mj)I(m4)jA.y.jj10.6432.011.2922.560.8664.2120.5546.653.6842.080.5522.4030.0999.590.9495.020.0032.491.2965.9251.4219.10組合截面的形心軸坐標(biāo)為圖6.6.3整體小開口墻工圖6.6.3整體小開口墻x= —=-—=4.57m0乙A 1.296組合截面的慣性矩為各墻肢對(duì)組合截面形心軸的慣性矩之和，即I眾I丄 =10.521m4底層總彎矩和總剪力分別為M=6761.64kN-m，V=291.45kN。根據(jù)整體小開口墻的內(nèi)力計(jì)算公式，可求得各墻肢的內(nèi)力，見表6.6.2。由于墻肢3較細(xì)小，其彎矩還按式（6.6.6）計(jì)算了附加彎矩。表中負(fù)值表示受壓墻肢。表6.6.2各墻肢底層的內(nèi)力分配墻肢AjISTj乞yIjI-jI各墻肢內(nèi)力底層墻肢內(nèi)力MijNijVijMij(kN-m)Nij(kN)Vij(kN)10.4960.6090.1560.0820.161mi0.133mi0.553V1088.6899.3161.220.4270.3880.1100.0520.102Mi-0.094M.0.408V689.7-635.6118.930.0760.0020.0470.00030.0006M+0.03i9V i -0.040Mi0.039Vi15.4-270.511.4剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25,E=2.80x107kN；m，故等效剛度為

EIeq0.8EIAHEIeq0.8EIAH20.8x2.80x107x10.5217 9x1.2x10.5211.296x34.82=21.976x107kN-m2可求得頂點(diǎn)位移為11VH3u= 011VH3u= 0—60EIeq=0.0102m6021.976x107小結(jié)（1）剪力墻可按洞口的大小、形狀和位置劃分為整截面墻、整體小開口墻、聯(lián)肢墻和壁式框架等。對(duì)整截面墻、整體小開口墻和聯(lián)肢墻，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可采用等效剛度，它是按頂點(diǎn)位移相等的原則并用剪力墻截面彎曲剛度表達(dá)的剪力墻剛度，其中考慮了剪力墻的彎曲變形、剪切變形和軸向變形的影響。（2）在水平荷載作用下，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析時(shí)，如假定樓蓋在自身平面內(nèi)的剛度為無限大、各片剪力墻只考慮其平面內(nèi)剛度、結(jié)構(gòu)無扭轉(zhuǎn)，則可對(duì)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算單元內(nèi)含有整截面墻、整體小開口墻和聯(lián)肢墻時(shí)，各片剪力墻的內(nèi)力可由總內(nèi)力乘以等效剛度比確定;當(dāng)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)僅有壁式框架時(shí)，可按D值法進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)壁式框架與其他類型的剪力墻同時(shí)存在時(shí)，可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析方法計(jì)算其內(nèi)力與位移。（3）整截面墻可視為上端自由、下端固定的豎向懸臂構(gòu)件，簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)其內(nèi)力和位移可按材料力學(xué)公式計(jì)算，但需考慮剪切變形對(duì)位移的影響。整體小開口墻除繞組合截面形心軸產(chǎn)生整體彎曲外，各墻肢還繞各自截面形心軸產(chǎn)生局部彎矩，但局部彎矩值較小，整個(gè)墻的受力性能仍接近于整截面墻，故其內(nèi)力和位移仍可按材料力學(xué)公式計(jì)算，但需考慮局部彎曲的影響。4）采用連續(xù)連桿法對(duì)聯(lián)肢墻進(jìn)行簡(jiǎn)化分析時(shí)，根據(jù)連梁切口處豎向位移為零的變形連續(xù)條件，可建立微分方程以求得連梁的剪力或連梁對(duì)墻肢的約束彎矩，進(jìn)而可計(jì)算墻肢的內(nèi)力和位移。（5）壁式框架可簡(jiǎn)化為帶剛域的框架，與一般框架的主要區(qū)別有兩點(diǎn)：一是桿端存在剛域會(huì)使桿件的剛度增大；二是需要考慮桿件剪切變形的影響。計(jì)算時(shí)可將帶剛域的桿件用一個(gè)具有等效剛度的等截面桿件來代替,求得帶剛域桿件的等效剛度，然后利用D值法進(jìn)行內(nèi)力和位移的近似計(jì)算。（6） 各類剪力墻的受力特點(diǎn)有較大不同,主要表現(xiàn)為各墻肢截面上的正應(yīng)力分布及沿墻肢高度方向的彎矩變化規(guī)律。墻肢截面上的正應(yīng)力分布主要取決于剪力墻的整體工作系數(shù)a，a值越大，說明連梁的剛度相對(duì)較大，墻肢剛度相對(duì)較小，連梁對(duì)墻肢的約束作用大，剪力墻的整體工作性能好，接近于整截面墻或整體小開口墻。因此可用a值作為剪力墻分類的判別準(zhǔn)則。但對(duì)整體小開口墻和壁式框架，a值均較大，故還需要利用墻肢慣性矩比值I/I判別墻肢高度方向是否會(huì)出現(xiàn)反彎點(diǎn)，作為剪力墻分類的第二個(gè)判別準(zhǔn)則。（7） 剪力墻屬于偏心受力構(gòu)件，由于墻肢成片狀，故墻肢兩端除集中配置豎向鋼筋外，沿截面高度方向還需配置均勻分布的豎向鋼筋。大偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算時(shí)需考慮豎向分布鋼筋的作用，小偏心受壓構(gòu)件則不考慮。剪力墻斜截面受剪承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮軸力的有利（偏心受壓）或不利（偏心受拉）影響。墻肢之間的連梁的受力性能與其跨高比有關(guān)，承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮跨高比的影響。思考題（1） 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置有哪些具體要求？（2） 什么是不規(guī)則開洞剪力墻？其受力有哪些特點(diǎn)？如何進(jìn)行構(gòu)造處理和計(jì)算分析？3）什么是短肢剪力墻？其結(jié)構(gòu)布置有哪些要求？（4）如何確定剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和墻體厚度？（5）剪力墻根據(jù)洞口的大小、位置等共分為那幾類？其判別條件是什么？各有那些受力特點(diǎn)？（6）什么是剪力墻的等效剛度？各類剪力墻的等效剛度如何計(jì)算？（7）試述剪力墻結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的平面協(xié)同工作的假定和計(jì)算方法。（8）采用連續(xù)連桿法進(jìn)行聯(lián)肢墻內(nèi)力和位移分析時(shí)的基本假定是什么？連梁未知力C）和b（z）各表示什么？（9）說明用連續(xù)連桿法進(jìn)行聯(lián)肢墻內(nèi)力和位移計(jì)算的步驟，以及多肢墻和雙肢墻在計(jì)算方法上有何異同？（10） 聯(lián)肢墻的內(nèi)力分布和側(cè)移曲線有何特點(diǎn)？并說明整體工作系數(shù)對(duì)內(nèi)力和位移的影響。（11） 試說明整截面墻、整體小開口墻、聯(lián)肢墻、壁式框架和獨(dú)立懸臂墻的受力特點(diǎn)？說明剪力墻分類的判別準(zhǔn)則？為什么？（12） 式（662）中k值的物理意義是什么？怎樣利用它計(jì)算墻肢的內(nèi)力？并說明連梁剛度對(duì)墻肢、連梁的內(nèi)力和位移有何影響？為什么說整體小開口墻的內(nèi)力和位移計(jì)算方法是近似方法？（13） 與一般框架結(jié)構(gòu)相比，壁式框架在水平荷載作用下的受力特點(diǎn)是什么？如何確定壁式框架的剛域尺寸。（14） 如何計(jì)算帶剛域桿件的等效剛度，采用D值法進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，壁式框架與一般框架有何異同？（15） 什么是剪力墻的加強(qiáng)部位？加強(qiáng)部位的范圍如何確定？（16） 剪力墻截面的彎矩和剪力為什么要進(jìn)行調(diào)整？那些部位需要調(diào)整以及如何進(jìn)行