剪力墻設(shè)計(jì)的假設(shè)是什么(剪力墻設(shè)計(jì)要點(diǎn))

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本文目錄一覽：

1、框架---剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算的基本假定是什么
2、剪力墻的特點(diǎn)
3、對(duì)房屋剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的思考？
4、剪力墻結(jié)構(gòu)連續(xù)桿法的基本假定是什么?

框架---剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作計(jì)算的基本假定是什么

（1）樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大；

（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)體型規(guī)則、剪力墻布置均勻時(shí)，房屋的剛度中心與作用在結(jié)構(gòu)上的水平荷載合力作用重合，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生繞豎軸的扭轉(zhuǎn)；否則應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)的影響；

（3）不考慮剪力墻和框架柱的軸向變形及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。

剪力墻的特點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻及樓蓋所組成的空間結(jié)構(gòu)，承受豎向荷載和水平荷載，是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式。由于縱、橫向剪力墻在其自身平面內(nèi)的剛度都很大，在水平荷載作用下，側(cè)移較小，因此這種結(jié)構(gòu)抗震及抗風(fēng)性能都較強(qiáng)，承載力要求也比較容易滿足，適宜于建造層數(shù)較多的高層建筑。

剪力墻主要承受兩類荷載：一類是樓板傳來的豎向荷載，在地震區(qū)還應(yīng)包括豎向地震作用的影響；另一類是水平荷載，包括水平風(fēng)荷載和水平地震作用。剪力墻的內(nèi)力分析包括豎向荷載作用下的內(nèi)力分析和水平荷載作用下的內(nèi)力分析。在豎向荷載作用下，各片剪力墻所受的內(nèi)力比較簡單，可按照材料力學(xué)原理進(jìn)行。在水平荷載作用下剪力墻的內(nèi)力和位移計(jì)算都比較復(fù)雜，因此本節(jié)著重討論剪力墻在水平荷載作用下的內(nèi)力及位移計(jì)算。

一、剪力墻的分類及受力特點(diǎn)

為滿足使用要求，剪力墻常開有門窗洞口。理論分析和試驗(yàn)研究表明，剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻上的開洞情況。洞口是否存在，洞口的大小、形狀及位置的不同都將影響剪力墻的受力性能。剪力墻按受力特性的不同主要可分為整體剪力墻、小開口整體剪力墻、雙肢墻（多肢墻）和壁式框架等幾種類型。不同類型的剪力墻，其相應(yīng)的受力特點(diǎn)、計(jì)算簡圖和計(jì)算方法也不相同，計(jì)算其內(nèi)力和位移時(shí)則需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。

1．整體剪力墻

無洞口的剪力墻或剪力墻上開有一定數(shù)量的洞口，但洞口的面積不超過墻體面積的15%，且洞口至墻邊的凈距及洞口之間的凈距大于洞孔長邊尺寸時(shí)，可以忽略洞口對(duì)墻體的影響，這種墻體稱為整體剪力墻（或稱為懸臂剪力墻）。整體剪力墻的受力狀態(tài)如同豎向懸臂梁，截面變形后仍符合平面假定，因而截面應(yīng)力可按材料力學(xué)公式計(jì)算。

2．小開口整體剪力墻

當(dāng)剪力墻上所開洞口面積稍大且超過墻體面積的15%時(shí)，通過洞口的正應(yīng)力分布已不再成一直線，而是在洞口兩側(cè)的部分橫截面上，其正應(yīng)力分布各成一直線。這說明除了整個(gè)墻截面產(chǎn)生整體彎矩外，每個(gè)墻肢還出現(xiàn)局部彎矩，因?yàn)閷?shí)際正應(yīng)力分布，相當(dāng)于在沿整個(gè)截面直線分布的應(yīng)力之上疊加局部彎矩應(yīng)力。但由于洞口還不很大，局部彎矩不超過水平荷載的懸臂彎矩的15％。因此，可以認(rèn)為剪力墻截面變形大體上仍符合平面假定，且大部分樓層上墻肢沒有反彎點(diǎn)。內(nèi)力和變形仍按材料力學(xué)計(jì)算，然后適當(dāng)修正。

在水平荷載作用下，這類剪力墻截面上的正應(yīng)力分布略偏離了直線分布的規(guī)律，變成了相當(dāng)于在整體墻彎曲時(shí)的直線分布應(yīng)力之上疊加了墻肢局部彎曲應(yīng)力，當(dāng)墻肢中的局部彎矩不超過墻體整體彎矩的15%時(shí)，其截面變形仍接近于整體截面剪力墻，這種剪力墻稱之為小開口整體剪力墻。

3．聯(lián)肢剪力墻

洞口開得比較大，截面的整體性已經(jīng)破壞，橫截面上正應(yīng)力的分布遠(yuǎn)不是遵循沿一根直線的規(guī)律。但墻肢的線剛度比同列兩孔間所形成的連梁的線剛度大得多，每根連梁中部有反彎點(diǎn)，各墻肢單獨(dú)彎曲作用較為顯著，但僅在個(gè)別或少數(shù)層內(nèi)，墻肢出現(xiàn)反彎點(diǎn)。這種剪力墻可視為由連梁把墻肢聯(lián)結(jié)起來的結(jié)構(gòu)體系，故稱為聯(lián)肢剪力墻。其中，僅由一列連梁把兩個(gè)墻肢聯(lián)結(jié)起來的稱為雙肢剪力墻；由兩列以上的連梁把三個(gè)以上的墻肢聯(lián)結(jié)起來的稱為多肢剪力墻。

當(dāng)剪力墻沿豎向開有一列或多列較大的洞口時(shí)，由于洞口較大，剪力墻截面的整體性已被破壞，剪力墻的截面變形已不再符合平截面假設(shè)。這時(shí)剪力墻成為由一系列連梁約束的墻肢所組成的聯(lián)肢墻。開有一列洞口的聯(lián)肢墻稱為雙肢墻，當(dāng)開有多列洞口時(shí)稱之為多肢墻。

4．壁式框架

洞口開得比聯(lián)肢剪力墻更寬，墻肢寬度較小，墻肢與連梁剛度接近時(shí)，墻肢明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓層內(nèi)有反彎點(diǎn)。剪力墻的內(nèi)力分布接近框架，故稱壁式框架。壁式框架實(shí)質(zhì)是介于剪力墻和框架之間的一種過渡形式，它的變形已很接近剪切型。只不過壁柱和壁梁都較寬，因而在梁柱交接區(qū)形成不產(chǎn)生變形的剛域。

當(dāng)剪力墻的洞口尺寸較大，墻肢寬度較小，連梁的線剛度接近于墻肢的線剛度時(shí)，剪力墻的受力性能已接近于框架，這種剪力墻稱為壁式框架。

（1）基本假定

a）將每一樓層處的連系梁簡化為均勻連續(xù)分布的連桿；

b）忽略連系梁的軸向變形，即假定兩墻肢在同一標(biāo)高處的水平位移相等；

c）假定兩墻肢在同一標(biāo)高處的轉(zhuǎn)角和曲率相等，即變形曲線相同；

d）假定各連系梁的反彎點(diǎn)在該連系梁的中點(diǎn)；

f）認(rèn)為雙肢墻的層高h(yuǎn)、慣性矩、；截面積、；連系梁的截面積和慣性矩等參數(shù)，沿墻高度方向均為常數(shù)。

根據(jù)以上假定，可得雙肢墻的計(jì)算簡圖。

二、各類剪力墻內(nèi)力與位移計(jì)算要點(diǎn)

剪力墻結(jié)構(gòu)隨著類型和開洞大小的不同，計(jì)算方法和計(jì)算簡圖也不同。整體墻和小開口整體墻的計(jì)算簡圖基本上是單根豎向懸臂桿，計(jì)算方法按材料力學(xué)公式（對(duì)整體墻不修正，對(duì)小開口整體墻修正）計(jì)算。其他類型剪力墻，其計(jì)算簡圖均無法用單根豎向懸臂桿代表，而應(yīng)按能反映其性態(tài)的結(jié)構(gòu)體系計(jì)算。

1．整體剪力墻

對(duì)于整體剪力墻，在水平荷載作用下，根據(jù)其變形特征（截面變形后仍符合平面假定），可視為一整體的懸臂彎曲桿件，用材料力學(xué)中懸臂梁的內(nèi)力和變形的基本公式進(jìn)行計(jì)算。

（1）內(nèi)力計(jì)算

整體墻的內(nèi)力可按上端自由，下端固定的懸臂構(gòu)件，用材料力學(xué)公式，計(jì)算其任意截面的彎矩和剪力?？偹胶奢d可以按各片剪力墻的等效抗彎剛度分配，然后進(jìn)行單片剪力墻的計(jì)算。

剪力墻的等效抗彎剛度（或叫等效慣性矩）就是將墻的彎曲、剪切和軸向變形之后的頂點(diǎn)位移，按頂點(diǎn)位移相等的原則，折算成一個(gè)只考慮彎曲變形的等效豎向懸臂桿的剛度。

（2）位移計(jì)算

整體墻的位移，如墻頂端處的側(cè)向位移，同樣可以用材料力學(xué)的公式計(jì)算，但由于剪力墻的截面高度較大，故應(yīng)考慮剪切變形對(duì)位移的影響。當(dāng)開洞時(shí)，還應(yīng)考慮洞口對(duì)位移增大的影響。

2．小開口整體剪力墻

小開口墻是指門窗洞口沿豎向成列布置，洞口的總面積雖超過墻總面積的15％，但仍屬于洞口很小的開孔剪力墻。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小開口剪力墻在水平荷載作用下的受力性能接近整體剪力墻，其截面在受力后基本保持平面，正應(yīng)力分布圖形也大體保持直線分布，各墻肢中僅有少量的局部彎矩；沿墻肢高度方向，大部分樓層中的墻肢沒有反彎點(diǎn)。在整體上，剪力墻仍類似于豎向懸臂桿件。就為利用材料力學(xué)公式計(jì)算內(nèi)力和側(cè)移提供了前提，再考慮局部彎曲應(yīng)力的影響，進(jìn)行修正，則可解決小開口剪力墻的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算。

首先將整個(gè)小開口剪力墻作為一個(gè)懸臂桿件，按材料力學(xué)公式算出標(biāo)高z處的總彎矩、總剪力和基底剪力。

其次，將總彎矩分為兩部分：1）產(chǎn)生整體彎曲的總彎矩（占總彎矩的85％），2）產(chǎn)生局部彎曲的總彎矩（占15％）。

對(duì)房屋剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的思考？

目前，越來越多的剪力墻結(jié)構(gòu)小高層住宅樓拔地而起，但是，隨之而來的是我們發(fā)現(xiàn)這些剪力墻結(jié)構(gòu)小高層在施工質(zhì)量上還存在著一些質(zhì)量通病，主要表現(xiàn)為剪力墻板混凝土成型質(zhì)量差、混凝土實(shí)體回彈檢測強(qiáng)度不高等。本文根據(jù)工程實(shí)際并結(jié)合2001版《規(guī)范》和其他相關(guān)資料，論述了底層框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法說明了一些注意事項(xiàng)。

0 引言

對(duì)于12～16層的小高層建筑結(jié)構(gòu)，采用既可以保證結(jié)構(gòu)的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正合理。所以剪力墻結(jié)構(gòu)得以普遍應(yīng)用。剪力墻的受力、變形特征，類似以框剪結(jié)構(gòu)。但比框架結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。目前，越來越多的剪力墻結(jié)構(gòu)小高層住宅樓拔地而起，但是，隨之而來的是我們發(fā)現(xiàn)這些剪力墻結(jié)構(gòu)小高層在施工質(zhì)量上還存在著一些質(zhì)量通病，主要表現(xiàn)為剪力墻板混凝土成型質(zhì)量差、混凝土實(shí)體回彈檢測強(qiáng)度不高等。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本含義

剪力墻結(jié)構(gòu)的定義：①剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；②高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；③剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

剪力墻結(jié)構(gòu)的下限：當(dāng)墻較少時(shí)，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

2 剪力墻房屋的設(shè)計(jì)

根據(jù)2001版《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)于底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)強(qiáng)調(diào)抗震概念設(shè)計(jì)以及抗震構(gòu)造措施的重要性。相對(duì)于89版規(guī)范，其放寬了結(jié)構(gòu)總高和層數(shù)限制，增加了底部兩層框架結(jié)構(gòu)并提出了過渡層概念。進(jìn)一步提高了底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的性能。

2.1 選擇有利的建筑形式在抗震設(shè)計(jì)中，建筑平面應(yīng)盡可能簡潔、規(guī)則，結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心相一致，以減少地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。剪力墻的方案布置、墻量的多少、墻片的大小應(yīng)合理。由于底部框墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻屬低矮墻，其抗剪剛度相對(duì)較大，如果布置的墻肢較長、平面形式復(fù)雜，很容易出現(xiàn)局部剛度過大，受力過于集中的現(xiàn)象，甚至經(jīng)常出現(xiàn)只布置極少的剪力墻就滿足上下層抗側(cè)剛度比限值的情況。因此在剪力墻布置方案上一定要堅(jiān)持均勻、對(duì)稱、周邊、分散的原則，墻片不宜過長，應(yīng)以墻片高寬比1.5左右為為宜，墻片平面形式不宜采用提高抗側(cè)剛度的“L”“T”等平面形式，而是盡可能采用“一”字形。這是因?yàn)橹挥腥趸恳粏纹袅Φ膭偠?，才有可能?shí)現(xiàn)均勻分散多道設(shè)防的目標(biāo)。同時(shí)還應(yīng)控制剪力墻的最大間距，以期符合規(guī)范的要求?？v向抗震墻還應(yīng)在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，這樣大大增強(qiáng)橫向抗傾覆的能力，避免邊柱產(chǎn)生過大的壓力和拉力。

2.2 建筑高度和層數(shù)的限值以往震害資料及文獻(xiàn)的分析表明，底層框架剪力墻房屋的震害隨著樓層數(shù)的增加而加劇。因此底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足高度和層數(shù)的限值。2001版《規(guī)范》規(guī)定，6，7度區(qū)22米7層，8度區(qū)19米6層。所謂房屋總高度是指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度。半地下室從室內(nèi)算起，全地下室或嵌固條件好的半地下室應(yīng)從室外地面算起。帶閣樓的坡屋面應(yīng)算到山間墻的1/2高度處。室內(nèi)外高差大于6米時(shí)，房屋總高度應(yīng)允許適當(dāng)增加，但不超過1米。

2.3 嚴(yán)格遵守抗震規(guī)范對(duì)不同設(shè)防烈度的第二層與第一層側(cè)移剛度比的限值規(guī)定在歷次地震中，底層框架房屋結(jié)構(gòu)之所以發(fā)生嚴(yán)重破壞，其原因就在于底層層間剛度與上部層間剛度比過于懸殊。當(dāng)?shù)卣鹱饔眉性诘讓訒r(shí)，由于底層較上部結(jié)構(gòu)小得多的側(cè)移剛度，造成非常突出的底層彈塑性變形集中現(xiàn)象。因此，控制底層與上部側(cè)移剛度比是很必要的。

規(guī)范給出了不同設(shè)防烈度下上層與底層側(cè)移剛度比的限值，6、7度時(shí)不應(yīng)2.5，8度不應(yīng)2.0且均不應(yīng)1.0。

2.4 底層框架柱網(wǎng)的設(shè)置底層應(yīng)為全框架，至少應(yīng)是框架形式，即在內(nèi)柱縱、橫軸線的內(nèi)、外墻中均設(shè)柱或構(gòu)造柱，且縱橫兩向均應(yīng)形成框架形式。底部框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)不宜過大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上懸墻數(shù)目不應(yīng)超過一道。首先從使用功能上，底框結(jié)構(gòu)大多為商住樓，該跨度對(duì)應(yīng)上部可分割為兩開間(4.2m 3.3m或4.5m 3.3m)，(大于4.2m，已為大開間，其面積比受到規(guī)范限制)，無論上部為住宅樓，還是辦公樓，上述跨度對(duì)應(yīng)的上部開間尺寸足以滿足砌體結(jié)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的功能。而且可以控制框架梁上僅有一道懸墻。同時(shí)考慮底部框架梁橫斷面高度取值應(yīng)控制在1／5～1／8梁跨，如果柱網(wǎng)過大，會(huì)使梁斷面及配筋出現(xiàn)異常現(xiàn)象，而上部懸墻數(shù)目增多，更會(huì)加重這種現(xiàn)象?？刂浦W(wǎng)尺寸，給出規(guī)定限值，限制框架梁上的懸墻數(shù)目，對(duì)底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)來說非常重要。

2.5 過渡樓層設(shè)計(jì) 底層框架——剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的承載、變形和耗能能力，其破壞狀態(tài)一般為延性破壞；上部磚房部分雖具有一定的承載能力，但變形和耗能能力相對(duì)較差，其破壞狀態(tài)多為脆性破壞。在上部磚房中，過渡樓層墻體承受地震剪力和傾覆力矩最大，受力最為不利。此外，在豎向均勻荷載作用下，過渡樓層墻體處于壓剪或拉剪應(yīng)力狀態(tài)。因此當(dāng)有水平荷載作用時(shí)，過渡樓層墻體與落地墻體相比，其抗裂性能和水平承載力均相應(yīng)降低。試驗(yàn)表明，在豎向及反復(fù)水平荷載作用下，過渡樓層墻體的水平承載力約降低20%～30%。過渡樓層墻體的水平承載力驗(yàn)算按式

V≤βfVEA/γRE(1)

fVE=1/1.2（1 σ0/fv）0.5fv (2)

A=AW ∑ηiGC /GWAci (3)

β=1/{1 0.45(0.2-0.8hb /l)σ0fV V} (4)

式中β——水平承載力降低系數(shù)；

σ0——對(duì)應(yīng)于重力荷載代表值的墻體截面平均壓應(yīng)力，N/mm2；

fv——砌體的抗剪強(qiáng)度平均值，N/mm2；

hb——托梁的截面高度，mm；

I——托梁的計(jì)算跨度(m)，對(duì)兩跨不等跨梁，I取較大跨的跨度；對(duì)跨中設(shè)置構(gòu)造柱的梁，I以1/2代入；

AW——墻體扣除混凝土構(gòu)造柱及洞口后的水平截面面積，m2；

Aci——混凝土構(gòu)造柱的截面面積，m2；

Ge，GW——混凝土和砌體的切變模量，N/mm2；

ηi ——構(gòu)造柱抗剪參與系數(shù)，中柱(包括邊中柱)取04，邊柱取03；

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，當(dāng)A按式(3)計(jì)算時(shí)，γRE可取10；當(dāng)計(jì)算中不考慮混凝土構(gòu)造柱(即將混凝土構(gòu)造柱按相同截面的磚砌體計(jì)算)時(shí)，γRE可取09。

如按落地墻體的方法驗(yàn)算其水平承載力，當(dāng)豎向荷載或托梁高跨比較小時(shí)，將會(huì)過高地估計(jì)過渡樓層墻體的抗震承載力，造成結(jié)構(gòu)抗震可靠性降低。過渡樓層應(yīng)每開間設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁，形成弱框架體系，以增強(qiáng)過渡樓層傳遞地震剪力的能力，同時(shí)還將大大增加延性和耗能能力。

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