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。在豎向荷載作用下,各片剪力墻所受的內(nèi)力比較簡單,可按照材料力學(xué)原理進(jìn)行。在水平荷載作用下剪力墻的內(nèi)力和位移計算都比較復(fù)雜,因此本節(jié)著重討論剪力墻在水平荷載作用下的內(nèi)力及位移計算。
  剪力墻的分類及受力特點
  為滿足使用要求,剪力墻常開有門窗洞口。理論分析和試驗研究表明,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、計算簡圖和計算方法也不相同,計算其內(nèi)力和位移時則需采用相應(yīng)的計算方法。
  1.整體剪力墻
  無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邊尺寸時,可以忽略洞口對墻體的影響,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。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。
  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,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。
 。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;
  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。