高层建筑结构设计 6剪力墙结构分析与设计 第6章剪力墙结构分析与设计 主要内容 结构布置(熟悉) 剪力墙结构平面协同工作分析(重点) ■整截面墙的内力和位移计算(熟悉) 双肢墙的内力和位移计算(重点) 多肢墙的内力和位移计算(熟悉) ■整体小开口墙的内力和位移计算 壁式框架的内力和位移计算(熟悉) 剪力墙分类的判别(重点) ■剪力墙截面设计和构造要求(了解) 6.1结构布置 小开间横墙承重 6.1.1墙体承重方案 大开间横墙承重 大间距纵、横墙承重 1)小开间横墙承重 特点:每开间设置承重横墙,间距为27~39m,适用于住宅、旅馆等小开间建筑。 优点:不需要隔墙:采用短向楼板,节约钢筋等 缺点:横墙数量多,承载力未充分利用,建筑平面布置不灵活,房屋自重及侧向刚度 大,水平地震作用大 2)大开间横墙承重 特点:每两开间设置一道承重横墙,间距一般6~8m。楼盖多采用混凝土梁式板或无 粘结预应力混凝土平板 优点:使用空间大,平面布置灵活;自重较轻,基础费用较少。 缺点:楼盖跨度大,楼盖材料增多。 3)大间距纵、横墙承重 特点:每两开间设置一道横墙,间距为Ⅻm左右。楼盖采用混凝土双向板,或在每两道 横墙之间布置一根进深梁,形成纵、横墙混合承重 从使用功能、技术经济指标、受力性能等方面来看,大间距方案较优越。目前趋向于 采用大间距、大进深、大模板、无粘结预应力混凝土楼板的剪力墙结构体系. 6.1.2剪力墙的布置原则 1)宜沿主轴方向双向或多向布置,不同方向的剪力墙宜联结在一起,应尽量拉通、 对直;抗震设计时,宜使两个方向侧向刚度接近;剪力墙墙肢截面宜简单、规则
高层建筑结构设计 6 剪力墙结构分析与设计 - 1 - 大间距纵、横墙承重 小开间横墙承重 大开间横墙承重 第 6 章 剪力墙结构分析与设计 主要内容： 结构布置（熟悉） 剪力墙结构平面协同工作分析（重点） 整截面墙的内力和位移计算（熟悉） 双肢墙的内力和位移计算（重点） 多肢墙的内力和位移计算（熟悉） 整体小开口墙的内力和位移计算 壁式框架的内力和位移计算（熟悉） 剪力墙分类的判别（重点） 剪力墙截面设计和构造要求（了解） 6.1 结构布置 6.1.1 墙体承重方案 1）小开间横墙承重 特点：每开间设置承重横墙，间距为 2.7～3.9m，适用于住宅、旅馆等小开间建筑。 优点：不需要隔墙；采用短向楼板，节约钢筋等。 缺点：横墙数量多，承载力未充分利用，建筑平面布置不灵活，房屋自重及侧向刚度 大，水平地震作用大。 2）大开间横墙承重 特点：每两开间设置一道承重横墙，间距一般 6～8m。楼盖多采用混凝土梁式板或无 粘结预应力混凝土平板。 优点：使用空间大，平面布置灵活；自重较轻，基础费用较少。 缺点：楼盖跨度大，楼盖材料增多。 3）大间距纵、横墙承重 特点：每两开间设置一道横墙，间距为 8m 左右。楼盖采用混凝土双向板，或在每两道 横墙之间布置一根进深梁，形成纵、横墙混合承重。 从使用功能、技术经济指标、受力性能等方面来看，大间距方案较优越。目前趋向于 采用大间距、大进深、大模板、无粘结预应力混凝土楼板的剪力墙结构体系。 6.1.2 剪力墙的布置原则 1）宜沿主轴方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜联结在一 起，应尽量拉通、 对直；抗震设计时，宜使两个方向侧向刚度接近；剪力墙墙肢截面宜简单、规则
高层建筑结构设计 6剪力墙结构分析与设计 2)剪力墙布置不宜太密,使结构具有适宜的侧向刚度;若侧向刚度过大,不仅加大自 重,还会使地震力增大。 3)剪力墙宜自下到上连续布置,避免刚度突变 4)剪力墙长度较大时,可通过开设洞口将长墙分成若干均匀的独立墙段。墙段的长度 不宜大于8m 5)剪力墙的门窗洞口宜上下对齐,成列布置。宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。 6)当剪力墙与平面外方向的梁连结时,可加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力(可 在墙内设置扶壁柱、暗柱或与梁相连的型钢等措施);或减小梁端弯矩的措施(如设计为铰 接或半刚接)。 7)短肢剪力墙是指墙肢截面长度与厚度之比为5~8的剪力墙,高层结构不应采用全部 为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙结构的最大适用高度应适当降低
高层建筑结构设计 6 剪力墙结构分析与设计 - 2 - 2）剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向刚度过大，不仅加大自 重，还会使地震力增大。 3）剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。 4）剪力墙长度较大时，可通过开设洞口将长墙分成若干均匀的独立墙段。墙段的长度 不宜大于 8m。 5）剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置。宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。 6）当剪力墙与平面外方向的梁连结时，可加强剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力（可 在墙内设置扶壁柱、暗柱或与梁相连的型钢等措施）；或减小梁端弯矩的措施（如设计为铰 接或半刚接）。 7）短肢剪力墙是指墙肢截面长度与厚度之比为 5~8 的剪力墙，高层结构不应采用全部 为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙结构的最大适用高度应适当降低
高层建筑结构设计 6剪力墙结构分析与设计 6.2剪力墙结构平面协同工作分析 1)在竖向荷载作用下,各片剪力墙承受的压力可近似按各肢剪力墙负荷面积分配: 2)在水平荷载作用下,各片剪力墙承受的水平荷载可按结构平面协同工作分析。即研 究水平荷载在各榀剪力墙之间分配问题的一种简化分析方法 6.2.1剪力墙的分类 1、根据洞口的有无、大小、形状和位置等,剪力墙主要可划分为以下几类: 口口口口口 整截面墙 整体小开口墙 联肢墙 壁式框架 (1)整截面墙 几何判定: (1)剪力墙无洞口 (2)有洞口,墙面洞口面积不大于墙面总面积的16%,且洞口间的净距及洞口至墙边 的距离均大于洞口长边尺寸 受力特点:可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件 (2)整体小开口墙。 几何判定: (1)洞口稍大一些,且洞口沿竖向成列布置, (2)洞口面积超过墙面总面积的16%,但洞口对剪力墙的受力影响仍较小 受力特点:在水平荷载下,由于洞口的存在,墙肢中已出现局部弯曲,截面应力由墙 体的整体弯曲和局部弯曲二者叠加组成,截面变形仍接近于整截面墙 (3)联肢墙。 几何判定:
高层建筑结构设计 6 剪力墙结构分析与设计 - 3 - 6.2 剪力墙结构平面协同工作分析 1）在竖向荷载作用下，各片剪力墙承受的压力可近似按各肢剪力墙负荷面积分配； 2）在水平荷载作用下，各片剪力墙承受的水平荷载可按结构平面协同工作分析。即研 究水平荷载在各榀剪力墙之间分配问题的一种简化分析方法。 6.2.1 剪力墙的分类 1、根据洞口的有无、大小、形状和位置等，剪力墙主要可划分为以下几类： 整截面墙 整体小开口墙 联肢墙 壁式框架 （1）整截面墙。 几何判定： （1）剪力墙无洞口； （2）有洞口，墙面洞口面积不大于墙面总面积的 16%，且洞口间的净距及洞口至墙边 的距离均大于洞口长边尺寸。 受力特点：可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件。 （2）整体小开口墙。 几何判定： （1）洞口稍大一些，且洞口沿竖向成列布置， （2）洞口面积超过墙面总面积的 16%，但洞口对剪力墙的受力影响仍较小。 受力特点：在水平荷载下，由于洞口的存在，墙肢中已出现局部弯曲，截面应力由墙 体的整体弯曲和局部弯曲二者叠加组成，截面变形仍接近于整截面墙。 （3）联肢墙。 几何判定：
高层建筑结构设计 6剪力墙结构分析与设计 沿竖向开有一列或多列较大的洞口,可以简化为若干个单肢剪力墙或墙肢与一系列连 梁联结起来组成。 受力特点: 连梁对墙肢有一定的约東作用,墙肢局部弯矩较大,整个截面正应力已不再呈直线分 布。 (4)壁式框架。 几何判定: 当剪力墙成列布置的洞口很大,且洞口较宽,墙肢宽度相对较小,连梁的刚度接近或 大于墙肢的刚度。 受力特点:与框架结构相类似。 6.2.2剪力墙的等效刚度 相同的水平荷载 剪力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度 相同的水平位移 采用竖向悬臂受弯构件的刚度 作为剪力墙的等效刚度 u (b) 图6.2.2等效刚度计算 等效刚度:综合反映了剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。 2、剪力墙的等效刚度计算: 先计算剪力墙在水平荷载作用下的顶点位移,再按顶点位移相等的原则进行折算求得: q (均布荷载) E 11 qmH+ eq120 (倒三角形荷载) (62.1) (顶点集中荷载) 式中,H为剪力墙的总高度;q,qm,P为计算顶点位移u1,u2,u3时所用的均布荷载、倒三
高层建筑结构设计 6 剪力墙结构分析与设计 - 4 - 沿竖向开有一列或多列较大的洞口，可以简化为若干个单肢剪力墙或墙肢与一系列连 梁联结起来组成。 受力特点： 连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分 布。 （4）壁式框架。 几何判定： 当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽，墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或 大于墙肢的刚度。 受力特点：与框架结构相类似。 6.2.2 剪力墙的等效刚度 相同的水平荷载 相同的水平位移 等效刚度：综合反映了剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。 2、剪力墙的等效刚度计算： 先计算剪力墙在水平荷载作用下的顶点位移，再按顶点位移相等的原则进行折算求得： ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ = ⋅ 3 3 2 4 max 1 4 eq u PH u q H 120 11 8u qH EI （6.2.1） 式中, H 为剪力墙的总高度；q ，q max ，P 为计算顶点位移 1 u ， 2 u ，u3 时所用的均布荷载、倒三 剪力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度 采用竖向悬臂受弯构件的刚度 作为剪力墙的等效刚度 （a） （b） 图 6.2.2 等效刚度计算 （均布荷载） （倒三角形荷载） （顶点集中荷载）
高层建筑结构设计 6剪力墙结构分析与设计 角形分布荷载的最大值和顶点集中荷载;u1,u2u3为由上述三种荷载所产生的顶点位移,计算方法详 6.2.3剪力墙结构平面协同工作分析 1.基本假定 (1)楼盖在自身平面内的刚度为无限大,而在平面外的刚度很小,可以忽略 (2)各片剪力墙在其平面内的刚度较大,忽略其平面外的刚度 (3)水平荷载作用点与结构刚度中心重合,结构不发生扭转 荷载方向 世: 荷载方向 A、由假定1)、3)可知,楼板在其自身平面内不发生相对变形,只作刚体平动, 水平荷载按各片剪力墙的侧向刚度进行分配 B、由假定2)可知,各片剪力墙只承受其自身平面内的水平荷载,可将纵、横两 个方向的剪力墙分开考虑;同时,可考虑纵、横向剪力墙的共同工作,纵墙(横墙)的 部分可以作为横墙(纵墙)的有效翼墙 2.剪力墙结构平面协同工作分析 将剪力墙分为两大类:第一类包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙;第二类为壁式 框架。 连杆(楼板) 连杆(楼板 整截面墙 口开口口 墙pa的口口萨口口 F口口口 (b) 图6.2.5剪力墙平面协同工作计算简图 1)第一类:包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙。 (1)将水平荷载划分均布荷载、倒三角形分布荷载或顶点集中荷载,或这三种荷载的 某种组合 (2)计算沿水平荷载作用方向的m片剪力墙的总等效刚度
高层建筑结构设计 6 剪力墙结构分析与设计 - 5 - 角形分布荷载的最大值和顶点集中荷载； 1 u ， 2 u u3 为由上述三种荷载所产生的顶点位移，计算方法详 见6.3节～6.7节。 6.2.3 剪力墙结构平面协同工作分析 1. 基本假定 （1）楼盖在自身平面内的刚度为无限大，而在平面外的刚度很小，可以忽略； （2）各片剪力墙在其平面内的刚度较大，忽略其平面外的刚度； （3）水平荷载作用点与结构刚度中心重合，结构不发生扭转。 A、由假定 1）、3）可知，楼板在其自身平面内不发生相对变形，只作刚体平动， 水平荷载按各片剪力墙的侧向刚度进行分配。 B、由假定 2）可知，各片剪力墙只承受其自身平面内的水平荷载，可将纵、横两 个方向的剪力墙分开考虑；同时，可考虑纵、横向剪力墙的共同工作，纵墙（横墙）的一 部分可以作为横墙（纵墙）的有效翼墙。 2. 剪力墙结构平面协同工作分析 将剪力墙分为两大类：第一类包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙；第二类为壁式 框架。 1）第一类：包括整截面墙、整体小开口墙和联肢墙。 （1）将水平荷载划分均布荷载、倒三角形分布荷载或顶点集中荷载，或这三种荷载的 某种组合； （2）计算沿水平荷载作用方向的 m 片剪力墙的总等效刚度； 荷载方向 荷载方向 连杆（楼板） 墙 口 开 小 体 整 墙 肢 双 墙 肢 多 墙 面 截 整 架 框 式 壁 连杆（楼板） 墙 口 开 小 体 整 墙 肢 双 墙 肢 多 墙 面 截 整 （a） （b） 图 6.2.5 剪力墙平面协同工作计算简图