關(guān)于框架剪力墻結(jié)構(gòu)整體受力變形特點(diǎn)的討論

　　【關(guān)鍵詞】框架剪力墻，結(jié)構(gòu)，整體受力，變性特點(diǎn)

　　剪力墻即一段鋼筋混凝土墻體，因其抗剪能力很強(qiáng)，故稱剪力墻。在框剪結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻協(xié)同受力，剪力墻承受大部分水平荷載，框架承受大部分的豎向荷載，這樣大大減少了柱子的截面。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、橫向剪力墻在其自身平面內(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(lái)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。

　　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(jiǎn)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(wú)洞口的剪力墻或剪力墻上開有一定數(shù)量的洞口，但洞口的面積不超過(guò)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(zhǎng)邊尺寸時(shí)，可以忽略洞口對(duì)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。

　　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(guò)墻體面積的15%時(shí)，通過(guò)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。這說(shuō)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(guò)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(guò)墻體整體彎矩的15%時(shí)，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。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(lái)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(lái)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(lái)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)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(guò)渡形式，它的變形已很接近剪切型。只不過(guò)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(jiǎn)圖也不同。整體墻和小開口整體墻的計(jì)算簡(jiǎn)圖基本上是單根豎向懸臂桿，計(jì)算方法按材料力學(xué)公式計(jì)算。其他類型剪力墻，其計(jì)算簡(jiǎn)圖均無(wú)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(duì)于整體剪力墻，在水平荷載作用下，根據(jù)其變形特征，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)力可按上端自由，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(duì)位移的影響。當(dāng)開洞時(shí)，還應(yīng)考慮洞口對(duì)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(guò)墻總面積的15％，但仍屬于洞口很小的開孔剪力墻。通過(guò)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。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　在框架中局部增加剪力墻可以在對(duì)建筑物的使用功能影響不大的情況下，使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和承載力都有明顯的提高，所以這種結(jié)構(gòu)體系兼有框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，是一種適用性很廣的結(jié)構(gòu)形式。