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剪力墙等效抗弯刚度 ———————————————————————————————— 作者: ———————————————————————————————— 日期: 《高层建筑结构与抗震》辅导文章五 剪力墙结构内力与位移计算 学习目标 1、了解剪力墙结构的分类,以及各种剪力墙的受力特点； 2、熟悉剪力墙的分类判别式。 3、掌握整体墙和小开口整体墙的内力及位移计算、掌握双肢墙的内力及位移计算。 学习重点 1、剪力墙的分类及分类判别式； 2、整体和小开口整体墙的内力及位移计算; 3、双肢墙的内力及位移计算。 剪力墙主要承受两类荷载:一类是楼板传来的竖向荷载，在地震区还应包括竖向地震作 用的影响;另一类是水平荷载,包括水平风荷载和水平地震作用。剪力墙的内力分析包括竖向 荷载作用下的内力分析和水平荷载作用下的内力分析。在竖向荷载作用下,各片剪力墙所受 的内力比较简单，可按照材料力学原理进行。在水平荷载作用下剪力墙的内力和位移计算都 比较复杂,因此本章着重讨论剪力墙在水平荷载作用下的内力及位移计算。 一、基本假定 剪力墙结构是一个比较复杂的空间结构,为了简化,剪力墙在水平荷载作用下计算时，作 如下假定: （1)楼板在其自身平面内的刚度极大，可视其为刚度无限大的刚性楼盖; (２)剪力墙在其自身平面内的刚度很大,而在其平面外的刚度又极小,可忽略不计。因此 可以把空间结构化作平面结构处理，即剪力墙只承受在其自身平面内的水平荷载。 基于以上两个假定，剪力墙结构在水平荷载作用下可按各片剪力墙的等效抗弯刚度分配 水平力给各片剪力墙,然后分别进行内力和位移计算。例如图6－1（ａ)所示的剪力墙结构可 分别按图6-1(ｂ）和图6-１(ｃ）的剪力墙考虑。同时，现行国家标准《高层建筑混凝土结 构技术规程》（ＪGJ3－2002）为考虑纵、横墙的共同工作，将纵墙的一部分作为横墙的有 效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。 剪力墙的等效抗弯刚度是一个非常重要的概念,是指按剪力墙顶点侧移相等的原则，考 虑弯曲变形和剪切变形后,折算成一个竖向悬臂受弯构件的抗弯刚度。 图６-１剪力墙结构计算图 二、剪力墙的分类 为满足使用要求,剪力墙常开有门窗洞口。理论分析和试验研究表明,剪力墙的受力特性 与变形状态主要取决于剪力墙上的开洞情况。洞口是否存在，洞口的大小、形状及位置的不 同都将影响剪力墙的受力性能。剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体剪力墙、小开口整 体剪力墙、双肢墙（多肢墙）和壁式框架等几种类型。 1.整体剪力墙 无洞口的剪力墙或剪力墙上开有一定数量的洞口，但洞口的面积不超过墙体面积的１ 5%,且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸时，可以忽略洞口对墙体的影 响，这种墙体称为整体剪力墙。 2.小开口整体剪力墙 当剪力墙上所开洞口面积稍大且超过墙体面积的１５%时,在水平荷载作用下,这类剪力 墙截面上的正应力分布略偏离了直线分布的规律，变成了相当于在整体墙弯曲时的直线分布 应力之上叠加了墙肢局部弯曲应力，当墙肢中的局部弯矩不超过墙体整体弯矩的 15%时,其 截面变形仍接近于整体截面剪力墙，这种剪力墙称之为小开口整体剪力墙。 ３.联肢剪力墙 当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大的洞口时，由于洞口较大，剪力墙截面的整体性已 被破坏，剪力墙的截面变形已不再符合平截面假设。这时剪力墙成为由一系列连梁约束的墙 肢所组成的联肢墙。开有一列洞口的联肢墙称为双肢墙,当开有多列洞口时称之为多肢墙。 4.壁式框架 当剪力墙的洞口尺寸较大,墙肢宽度较小,连梁的线刚度接近于墙肢的线刚度时，剪力墙 的受力性能已接近于框架，这种剪力墙称为壁式框架。 图６-2为剪力墙墙体上洞口大小对剪力墙工作性能的影响 图6－2剪力墙的分类 不同类型的剪力墙，其相应的受力特点、计算简图和计算方法也不相同，计算其内力和 位移时则需采用相应的计算方法。以下分别介绍几种常见剪力墙的内力与位移计算方法。 三、整体剪力墙的内力与位移计算 对于整体剪力墙，在水平荷载作用下，根据其变形特征,可视为一整体的悬臂弯曲杆件， 用材料力学中悬臂梁的内力和变形的基本公式