干貨分享:4類剪力墻計算要點解析


【摘要】剪力墻結構隨著類型和開洞大小的不同,計算方法和計算簡圖也不同。整體墻和小開口整體墻的計算簡圖基本上是單根豎向懸臂桿,計算方法按材料力學公式(對整體墻不修正,對小開口整體墻修正)計算。其他類型剪力墻,其計算簡圖均無法用單根豎向懸臂桿代表,而應按能反映其性態的結構體系計算。
1.整體剪力墻
對于整體剪力墻,在水平荷載作用下,根據其變形特征(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,用材料力學中懸臂梁的內力和變形的基本公式進行計算。
(1)內力計算
整體墻的內力可按上端自由,下端固定的懸臂構件,用材料力學公式,計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,然后進行單片剪力墻的計算。 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位移,按頂點位移相等的原則,折算成一個只考慮彎曲變形的等效豎向懸臂桿的剛度。
(2)位移計算
整體墻的位移,如墻頂端處的側向位移,同樣可以用材料力學的公式計算,但由于剪力墻的截面高度較大,故應考慮剪切變形對位移的影響。當開洞時,還應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。通過實驗發現,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。在整體上,剪力墻仍類似于豎向懸臂桿件。就為利用材料力學公式計算內力和側移提供了前提,再考慮局部彎曲應力的影響,進行修正,則可解決小開口剪力墻的內力和側移計算。 首先將整個小開口剪力墻作為一個懸臂桿件,按材料力學公式算出標高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)產生整體彎曲的總彎矩(占總彎矩的85%),2)產生局部彎曲的總彎矩(占15%)。
3.雙肢剪力墻
聯肢墻由于門窗洞口尺寸較大,墻截面上的正應力不再成直線分布,其受力和變形發生了變化,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,各墻肢單獨彎曲作用較顯著,僅在少數層內墻肢出現反彎點,故需采用相應方法分析。
墻面上開有一排洞口的墻稱雙肢墻;當開有多排洞口時,稱多肢墻。
雙肢墻由于連系梁的連結,而使雙肢墻結構在內力分析時成為一個高次超靜定的問題。為了簡化計算,一般可用解微分方程的辦法(連續連桿法)計算。
4.多肢剪力墻
具有多于一排且排列整齊的洞口時,就成為多肢剪力墻。多肢墻也可以采用連續連桿法求解,基本假定和基本體系取法都和雙肢墻類似。由于墻肢及洞口數目比雙肢墻多,因此沿豎向切口的基本未知量將相應增多。在每個連梁切口處建立一個變形協調方程,則可建立k個微分方程。要注意,在建立第i個切口處協調方程時,除了i跨連梁內力影響外,還要考慮第i-1跨連梁內力和第i+1跨連梁內力對i墻肢的影響,這是與雙肢剪力墻的一個明顯區別。
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