【導(dǎo)讀】第1章高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置……………第4章結(jié)構(gòu)計算方法………………………第7章框架—剪力墻協(xié)同工作的特點…………第11章剪力墻截面設(shè)計與構(gòu)造……………因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要求有足夠的剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生的位移限制在一定的范圍內(nèi)，以保證建筑結(jié)構(gòu)的正常使用和安全。另外，相對于低層建筑而言，高層建筑相對較柔，因此在地震區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是利用建筑物墻體承受豎向與水平荷載，并作為建筑物的圍護(hù)及房間分隔構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。在國內(nèi)外歷次大地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出良好的抗震性能，且震害較輕。因此，在地震區(qū)不允許完全使用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)，而需設(shè)有部分落地剪力墻。2）變形狀態(tài)方面，單獨的剪力墻在水平荷載作用下以彎曲變形為主，位移曲線呈彎曲型；而單獨的框架以剪切變形為主

　　

【正文】 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%時，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61（b）所示。這說明除了整個墻截面產(chǎn)生整體彎矩外，每個墻肢還出現(xiàn)局部彎矩，因為實際正應(yīng)力分布，相當(dāng)于在沿整個截面直線分布的應(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。內(nèi)力和變形仍按材料力學(xué)計算，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，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。圖61 剪力墻的分類（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61（c）所示。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，各墻肢單獨彎曲作用較為顯著，但僅在個別或少數(shù)層內(nèi)，墻肢出現(xiàn)反彎點。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，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，墻肢明顯出現(xiàn)局部彎矩，在許多樓層內(nèi)有反彎點。剪力墻的內(nèi)力分布接近框架，故稱壁式框架。壁式框架實質(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，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, 如圖61（d）所示。6．各類剪力墻內(nèi)力與位移計算要點如何？答：各類剪力墻內(nèi)力與位移計算要點：（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)行計算。1）內(nèi)力計算整體墻的內(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(cè)向位移，同樣可以用材料力學(xué)的公式計算，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，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。通過實驗發(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。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(xué)公式算出標(biāo)高z處的總彎矩、總剪力和基底剪力。（圖62）。其次，將總彎矩分為兩部分：產(chǎn)生整體彎曲的總彎矩（占總彎矩的85％），加上產(chǎn)生局部彎曲的總彎矩（占15％）。　　　　　　　　圖62圖63小開口整體剪力墻內(nèi)力圖1）墻肢彎矩計算第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——剪力墻整個截面的慣性矩2）墻肢剪力計算墻肢剪力，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： 式中，為墻肢截面面積。3）頂點位移計算考慮到開孔后剛度的削弱。（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，各墻肢單獨彎曲作用較顯著，僅在少數(shù)層內(nèi)墻肢出現(xiàn)反彎點，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，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(xù)連桿法）計算。1）基本假定a）將每一樓層處的連系梁簡化為均勻連續(xù)分布的連桿，見圖64；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在該連系梁的中點；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，可得雙肢墻的計算簡圖，如圖64（b）所示。圖64 雙肢剪力墻計算圖2）內(nèi)力及側(cè)移計算將連續(xù)化后的連續(xù)梁沿中線切開，見圖64（c），由于跨中為反彎點，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，可建立一個二階常系數(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，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。在每個連梁切口處建立一個變形協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)方程時，除了i跨連梁內(nèi)力影響外，還要考慮第i1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明顯區(qū)別。7．劃分剪力墻類別，主要考慮哪兩個方面？分別用什么來表示？各類剪力墻如何劃分？答：劃分剪力墻類別，主要考慮兩個方面：一是各墻肢之間的整體性；二是是否出現(xiàn)反彎點，出現(xiàn)反彎點層數(shù)越多，就越接近框架。值實際上反映了連系梁與墻肢之間剛度的比值，體現(xiàn)了整個剪力墻的整體性。連梁剛度大而墻肢剛度相對較小時，值大，連梁對墻肢的約束強(qiáng)，剪力墻的整體性好；反之則差。墻肢是否出現(xiàn)反彎點，與墻肢慣性矩的比值，整體性系數(shù)，層數(shù)n等因素有關(guān)。若小，說明洞口狹窄，截面削弱較??；反之，若大，則洞口大，截面削弱大。當(dāng)由小到大，且大到一定程度時，剪力墻墻肢則表現(xiàn)出框架柱的受力特點，出現(xiàn)反彎點。根據(jù)墻肢彎矩是否出現(xiàn)反彎點的分析，給出了的限值作為劃分剪力墻的第二個判別準(zhǔn)則。值可查表1。各類剪力墻劃分如下：若剪力墻連梁的剛度和墻肢寬度基本均勻，（整體性系數(shù)）≥10，且≤時，按小開口整體墻計算；當(dāng)只滿足≥10，按壁式框架計算；當(dāng)只滿足≤時，按雙肢墻計算。，且洞口凈距及孔洞至墻邊的凈距大于洞口的長邊尺寸時，一般可作為整體剪力墻考慮。一一實際上反映了連系梁與墻肢之間剛度的比值，體現(xiàn)了整個剪力墻的整體性。J一一剪力墻對組合截面形心的慣性矩，——扣除墻肢慣性矩后剪力墻的慣性矩， 、——分別為墻肢1和墻肢2的慣性矩。8．剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點是什么？答：剪力墻承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。缺點是不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)延性較差。當(dāng)?shù)叵率一蛳虏恳粚?、幾層，需要大空間時（如商場、停車庫等）即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過渡層必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層。剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑，但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身宿舍。而賓館中需要大空間的門廳、餐廳、商場等往往設(shè)置在另外的建筑單元中。為了適用任何方向的水平力（或地震作用），因此對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應(yīng)設(shè)置；對于圓形平面，剪力墻應(yīng)沿徑向及環(huán)向設(shè)置；三角形平面，宜沿三個主軸方向設(shè)置剪力墻。剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。9．剪力墻等效剛度的概念是什么？答：剪力墻的等效剛度（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。10．剪力墻結(jié)構(gòu)在豎向荷載下的內(nèi)力如何計算？答：各片墻承受的豎向荷載可以按照它的受荷面積計算。豎向荷載除了在連梁內(nèi)產(chǎn)生彎矩和剪力以外，在墻肢內(nèi)主要是產(chǎn)生軸力?？梢杂帽容^簡單的方法確定其內(nèi)力。如果墻上有梁，梁的集中荷載可按45o角擴(kuò)散到整個墻截面上。因此，除了考慮大梁下的局部受壓外，可按分布荷載計算集中力對墻面的影響。當(dāng)縱墻和橫墻是整體聯(lián)結(jié)時，荷載可以相互擴(kuò)散。因此，在樓板以下一定距離以外，可以認(rèn)為豎向荷載在縱、橫墻內(nèi)均勻分布。第7章 框架—剪力墻協(xié)同工作的特點1．框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移有何特點？答：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移特點：如圖71（a）所示，在水平荷載作用下，框架的變形曲線是以剪切變形為主，稱為剪切型曲線；而剪力墻是豎向懸臂梁，在水平荷載作用下，其變形曲線以彎曲變形為主，所以稱為彎曲型曲線（圖71（b））。但是當(dāng)框架和剪力墻由自身平面內(nèi)剛度很大的樓蓋連接成整體結(jié)構(gòu)，即框架—剪力墻結(jié)構(gòu)時，樓蓋則迫使二者在同一樓層上必須保持相同的位移，從而共同工作，此即協(xié)同工作?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)的變形曲線既不是彎曲型，也不是剪切型，而是介于二者之間的一種狀況（圖圖71（c）），稱之為彎剪型曲線。圖圖71（d）中，在共變點A以下，剪力墻的側(cè)移小于框架，剪力墻控制著框架，變形類型呈彎曲型；在共變點A以上，框架的側(cè)移小于剪力墻的側(cè)移，框架控制著剪力墻，變形呈剪切型。故整個框－剪結(jié)構(gòu)的變形曲線類型上剪下彎，整體屬彎剪型，為反S形。隨著體系中剪力墻和框架的相對數(shù)量和抗側(cè)剛度的比值的不同，框－剪結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線的形狀將發(fā)生變化。(a) 框架自由變形 (b) 剪力墻自 (c)框架與剪力墻共同變形 (d) 框架、剪力墻、框架由變形 —剪力墻結(jié)構(gòu)變形曲線圖圖71 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移2．框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的荷載分布有何特點？答：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的荷載分布特點：在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻的變形必須協(xié)調(diào)，這樣，二者都有阻止對方自由變形的趨勢，必然會在二者之間產(chǎn)生相互作用力，導(dǎo)致框架與剪力墻的荷載和剪力分配沿結(jié)構(gòu)高度方向不斷變化，且荷載分布形式與外荷載形式也不一致。圖72為均布荷載作用下，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的荷載分配示意圖。從圖中不難看出，剪力墻下部承受的荷載大于外荷載，到了上部，荷載逐漸減小，頂部作用有反向的集中力。而框架下部承擔(dān)的荷載明顯小于剪力墻承受的荷載，且與外荷載作用方向相反，說明框架在下部實際上是加大了對剪力墻的負(fù)擔(dān)；越往上部，框架承受的荷載逐漸變?yōu)榕c外荷載作用方向一致，說明框架在上部對剪力墻起卸荷作用；框架頂部亦作用有集中力，它與剪力墻上部的集中力大小相等，方向相反。 (a)外荷載 (b)剪力墻承受的荷載 (c)框架承受的荷載圖723．框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布有何特點？答：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布特點：在均布水平荷載作用下，樓層的總剪力是按三角形分布的（圖73（b）），框架和剪力墻分配到的層剪力分別如圖73（c）、（d）所示。剪力墻在下部承受大部分剪力，往上迅速減小，到上部可能出現(xiàn)負(fù)剪力；而框架的剪力在下部很小，向上層剪力增大，～（H為結(jié)構(gòu)總高），達(dá)到最大值，然后又逐漸減小，但上部的層剪力仍然相對較大。因此，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力分布具有如下特點：1）框架上下各層的層剪力趨于均勻，而剪力墻上下各層剪力很不均勻。均布荷載作用下，單純框架所承受的水平剪力上小下大。而在框剪結(jié)構(gòu)中，由于剪力墻分擔(dān)水平剪力的作用，使框架的受力狀況和內(nèi)力分布得到改善。主要表現(xiàn)為，框架在房屋上部所承受的水平剪力有所增加，在框架下部所承受的水平剪力減小，結(jié)果是框架承受的水平剪力上、下分布比較均勻（圖73（d）），沿高度方向各層梁柱彎矩的差距減小，截面尺寸不致有過大的變化，有利于減少構(gòu)件的規(guī)格型號。2）框架剪力Vf與剪力墻剪力Vw的分配比例隨截面所在位置的不同而不斷變化。其中，剪力墻在下部受力較大，而框架在中部受力較大，所以設(shè)計框剪結(jié)構(gòu)時應(yīng)著重底部和中部。3）結(jié)構(gòu)的頂部，盡管外荷載所產(chǎn)生的總剪力應(yīng)該等于零，但框架和剪力墻的頂部剪力均不為零，它們大小相等，方向相反。這是由于相互間在頂部有集中力作用的緣故。在框架結(jié)構(gòu)中，層剪力按各柱的抗側(cè)剛度在各柱間分配；在剪力墻結(jié)構(gòu)中，層剪力按各片墻的等效抗彎剛度在各片墻間分配；但在框－剪結(jié)構(gòu)中，水平力卻按著協(xié)同工作進(jìn)行分配。此外，框架和剪力墻之間的協(xié)同工作是借助于樓蓋結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剪力傳遞實現(xiàn)的，這就要求樓板應(yīng)能傳遞剪力，因此，在框剪結(jié)構(gòu)中，樓蓋結(jié)構(gòu)的整體性和