1、剪力墻類型及受力特點(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、 橫向剪力墻在其白身平面內(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

2、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

3、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， 應(yīng)力圖如圖1 (a)所示，變形屬彎曲型。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%寸，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，如圖 1 (b)所示。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

4、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%寸，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，如圖1 (c)所示

5、。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)

6、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。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（對整體墻不修正，

7、對小開口 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)力可按上端白由，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。總水平荷載可以按各 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

8、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 形對位移的影響。當(dāng)開洞時(shí)，還應(yīng)考慮洞口對位移增大的影響。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

9、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%）。（1）墻肢彎矩計(jì)算第i墻肢受到的整體彎曲的彎矩為(1)式中墻肢i的慣性矩；J剪力墻整個(gè)截面的慣性矩(2) 墻肢剪力計(jì)算墻肢剪力，底層按墻肢截面面積分配；其余各層墻肢剪力， 可按材料力學(xué)公式計(jì)算截面面積和慣性矩比例的平均值分配剪 力，第i墻肢分配到的剪力可近似地表達(dá)為：(2)式中

10、，為墻肢截面面積。(3) 頂點(diǎn)位移計(jì)算考慮到開孔后剛度的削弱，應(yīng)將整體墻的水平位移計(jì)算結(jié)果乘 1.20。3. 雙肢剪力墻聯(lián)肢墻由于門窗洞口尺寸較大，墻截面上的正應(yīng)力不再成直 線分布，其受力和變形發(fā)生了變化，墻肢的線剛度比連梁的線剛 度大得多，每根連梁中部有反彎點(diǎn)，各墻肢單獨(dú)彎曲作用較顯著, 僅在少數(shù)層內(nèi)墻肢出現(xiàn)反彎點(diǎn)，故需采用相應(yīng)方法分析。墻面上開有一排洞口的墻稱雙肢墻；當(dāng)開有多排洞口時(shí)，稱 多肢墻。雙肢墻由于連系梁的連結(jié)，而使雙肢墻結(jié)構(gòu)在內(nèi)力分析時(shí)成 為一個(gè)高次超靜定的問題。為了簡化計(jì)算，一般可用解微分方程 的辦法(連續(xù)連桿法)計(jì)算。(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

11、布的連桿，見 圖4;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、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，如圖 4 (b)所示c(2) 內(nèi)力及側(cè)移計(jì)算將連續(xù)化后的連續(xù)梁沿中線切開，見圖 4 (c),由于跨中為 反彎點(diǎn)，故切開后在截面上只有剪力集度 V (z)及軸力集度。根 據(jù)外荷載、V (z)及共同作用下，沿V (z)方向的相對位移等于 零的變形協(xié)調(diào)條件，可建立一個(gè)二

12、階常系數(shù)非齊次線性微分方程， 考慮邊界條件后，可求得微分方程的解，進(jìn)而可求得雙肢剪力墻 在水平荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移。4. 多肢剪力墻具有多于一排且排列整齊的洞口時(shí)，就成為多肢剪力墻。多 肢墻也可以采用連續(xù)連桿法求解，基本假定和基本體系取法都和 雙肢墻類似。由于墻肢及洞口數(shù)目比雙肢墻多，因此沿豎向切口 的基本未知量將相應(yīng)增多。在每個(gè)連梁切口處建立一個(gè)變形協(xié)調(diào) 方程，則可建立k個(gè)微分方程。要注意，在建立第i個(gè)切口處協(xié) 調(diào)方程時(shí)，除了 i跨連梁內(nèi)力影響外，還要考慮第i-1跨連梁內(nèi) 力和第i+1跨連梁內(nèi)力對i墻肢的影響，這是與雙肢剪力墻的一 個(gè)明顯區(qū)別。三、剪力墻的分類判別式以上討論了按整體計(jì)算的剪

13、力墻、小開口整體剪力墻、雙肢 墻、多肢墻等四種類型的剪力墻。整體剪力墻如一根懸臂桿件，在墻肢整個(gè)高度方向上，彎矩 圖既不發(fā)生突變又不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，變形曲線以彎曲型為主；小開 口墻與雙、多肢剪力墻，在連梁高度處的墻肢彎矩有突變，但在 整個(gè)墻肢的高度方向上，它沒有或僅僅在個(gè)別樓層才出現(xiàn)反彎點(diǎn)， 剪力墻的變形曲線依然以彎曲型為主。各類剪力墻因外形和洞口大小的不同， 受力特點(diǎn)也不同，不 但在墻肢截面上的正應(yīng)力分布有區(qū)別，而且沿墻肢高度方向上彎 矩的變化規(guī)律也不同，見圖 5。從圖5 （c）、（d）、（e）中可 看出，這類剪力墻在連系梁處有彎矩突變。其主要原因是因?yàn)檫B 系梁對墻肢有約束作用，發(fā)生突變的彎矩值的大小，主要取決于 連系梁剛度與墻肢剛度的比值。當(dāng)剪力墻上的門窗洞口很大，連 系梁的剛度很小而墻肢的剛度又相對較大時(shí)，連系梁對墻肢的約 束作用很小，連系梁猶如較接于墻肢的一個(gè)連桿，每一個(gè)墻肢相 當(dāng)于一個(gè)單肢的剪力墻，水平荷載全部由這些單肢墻承擔(dān)，墻肢 截面中正應(yīng)力呈線性分布，軸力為零，見圖 5 (b)。反之，當(dāng)剪 力墻上的洞口很小，連系梁對墻肢的約束作用很強(qiáng)時(shí)，整個(gè)剪力 墻的整體性很好，例如小開口整體墻(5 (c),在整個(gè)剪力墻 的截面中，正應(yīng)