第7章_剪力墙结构设计1

房屋建筑结构——剪力墙结构

复 习 题1、单层厂房排架结构中，哪些构件是主要承重构 件，单层厂房中的支撑分几类，支撑的主要作用是 什么？ 2、Dmax、Dmin 和 Tmax 是怎样求得的？ 3、排架柱“抗剪刚度”或“侧移刚度”的物理意 义是什么？ 4、任意荷载作用下，等高铰接排架的剪力分配法 的计算步骤是什么？ 5、什么是厂房的整体空间作用？

房屋建筑结构——剪力墙结构

第7章 剪力墙结构设计

房屋建筑结构——剪力墙结构

§1 概述一、基本构成1. 剪力墙的基本形式 剪力墙结构是由一系列的竖向纵、横墙和楼盖组 合而成的空间盒子式的结构体系。 当构件截面的长边(长度)大于其短边(厚度) 的 4 倍时 ，按墙体进行设计。 洞口上下对齐，布置规则，

墙肢

墙肢 连梁

洞口将墙体分为墙肢和连梁。

2. 由墙体组成的抗侧力结构 正交两方向布置的抗侧力结构 斜向布置的抗侧力结构

房屋建筑结构——剪力墙结构

3. 剪力墙分类

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在近似计算中，可将剪力墙分为以下四类：

整体墙

整体小开口墙

联肢剪力墙

壁式框架

注：剪力墙结构中，一般外纵墙多为壁式框架，山墙 属整体小开口墙，内横墙和内纵墙多为整体墙、联肢 墙或整体小开口墙。

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独立墙肢

框架

二、竖向荷载作用下墙体的内力计算

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某片墙体的轴力=(总竖向荷载/剪力墙总截面面积)× 该片墙体的截面面积

轴力：按45度扩散传递

三、水平荷载作用下内力计算概论1. 基本假定

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本章重点

(1) 刚性楼(屋)面 ① 各片剪力墙在同一楼层标高处的水平位移相同； ② 总的水平荷载可按墙体的等效抗弯刚度分配到 各片剪力墙上。

无扭转时

(2) 忽略剪力墙的面外刚度： ① 横向水平荷载仅由横向剪力墙承担； ② 纵向水平荷载仅由纵向剪力墙承担。

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(3)《高规》中对假定(2)的不合理性的补救措施 规定了剪力墙的有效翼缘宽度，268页，表7-1

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2. 内力特点:剪力墙在水平荷载作用下，内力分布情况和 变形状态与其所开洞口的大小、数量和位置有直接关系。

3. 剪力墙结构的计算方法

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(1)材料力学分析法——适用于整体墙(2)连续化方法——适用于联肢墙 (3)D值法——适用于壁式框架

(4)有限元法和有限条法——适用于各种墙

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§2 整体墙的内力及侧移计算一、整体墙的判别条件洞口立面面

积 ( Aop ) 15%墙面立面面积 ( Af ) , 且洞口间净距及孔洞至墙边的距离 > 孔洞长边尺寸

二、内力计算

按平截面假定，以材料力学中的悬臂梁计算截面弯矩、 剪力

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§2 整体墙的内力及侧移计算三、位移计算

注意： 剪力墙截面高宽比较大，故需要考虑剪切变形的影响； 小洞口的存在对墙肢刚度和强度都有削弱，要考虑这

种不利影响。

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§2 整体墙的内力及侧移计算三、位移计算基底总 剪力 剪力墙 总高

V0 H 3 4 EIw 均布荷载： u uM uV (1 ) 2 8EIw GAw H 3 11 V0 H 3.64 EIw 倒三角形荷载： u (1 ) 2 60EIw GAw H V0 H 3 3 EIw (1 ) 顶点集中荷载： u 2 3EIw GAw H

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Aw 取折算截面面积

Aop 墙面窗洞面积 Af 墙面总面积 A 墙截面毛面积

Aop Aw 1 1.25 A Af

A

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I w 考虑洞口影响的剪力墙水平截面折算惯性矩Iw I h hi wi i

I wi 剪力墙沿竖向，有洞 口和无洞口的水平截 面惯性矩 hi 剪力墙沿竖向，有洞口 和无洞口割断的相应高 度 h H

i

G 混凝土的剪切模量

G 0.42Ec 剪力不均匀系数，矩形 截面取1.2。

A

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均布荷载：

V0 H 3 4 EIw u uM uV (1 ) 2 8EIw GAw H

11 V0 H 3 3.64 EIw 倒三角形荷载：u (1 ) 2 60EIw GAw H

V0 H 3 3 EIw 顶点集中荷载： u (1 ) 2 3EIw GAw H

均布荷载： 倒三角形荷载： 顶点集中荷载：

1 V0 H 3 u 8 EIeq 11 V0 H 3 u 60 EIeq 1 V0 H 3 u 3 EIeq

等效刚度 按顶点位移相等的原 则，将考虑弯曲变形 和剪切变形时的刚度 折算成仅考虑弯曲变 形的刚度。

例：某高层住宅，层高3m,墙面开洞 情况如图，墙为C30混凝土现浇墙，

400KN 360KN 320KN 280KN 240KN 3m 3m 3m 3m 0.9 0.6 1.5 3m

试计算在横向水平地震作用下顶点的水平位移。

0.16

0.16

0.161

200KN 160KN 120KN

3m3m 3m 3m 3m 5.18m 3.98m 0.9m 2 1

0.08

5.10 0.9

3.90

0.08

80KN

2 40KN

解：1、判断剪力墙类别 窗洞总面积：Aop 1.5 0.9 10 13.5m2 墙面总面积： Af 10.06 30 301.8m2

Aop

13.5 0.0447 0.15 Af 301.8

且窗洞的长边尺寸为1.5m,不超过洞边至墙边及洞边 至洞边的净矩，可按整体墙进行计算。 y y1 y2 2、组合截面形心轴的确定 0.9 3.98 5.18 不考虑纵墙作为横 墙的有效翼缘参加工作

y 4.97m y1 2.38m y2 3.10m

I1 、A1

'

'

1-1

I 2 、A2

'

'

I w2、A2

2-2

3、截面特性计算 I w1 13.511 m4 ——有洞口处的墙截面 I w2 13.575m4 ——无洞口处的墙截面 I wi hi (13.511 10 13.575 10) 1.5

Iw 13.54m 4 30 hi

4、墙底弯矩和剪力 M 0 46200 kN m V0 2200 kN5、顶点位移计算 按剪力墙墙底弯矩相等的原则，将楼层处作用的荷载换算 成倒三角形荷载，分布荷载的最大值qmax 由下式计算： 3M 0 1 2 M 0 Hq max H qmax 154 kN / m 2 2 3 H