1、第六章第六章 高层剪力墙结构设计高层剪力墙结构设计6.1 一般规定一般规定1.剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；2.剪力墙墙肢截面宜简单、规则，竖向刚度均匀；剪力墙墙肢截面宜简单、规则，竖向刚度均匀；3.较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度均匀的若较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度均匀的若干墙段；干墙段；4.剪力墙宜自下至上连续布置，避免刚度突变；剪力墙宜自下至上连续布置，避免刚度突变；5.跨高比跨高比5的连梁宜按框架梁设计；的连梁宜按框架梁设计；6.剪力墙底部加强部位的范围；剪力墙底部加强部位的范围；6.1 一般规定一般规定7.楼面梁不宜支承在剪力
2、墙或核心筒的连梁上；楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上；8.当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或暗柱；扶壁柱或暗柱；9.当墙肢的截面高度与厚度之比当墙肢的截面高度与厚度之比 4时，宜按框架柱进时，宜按框架柱进行截面设计；行截面设计；10.抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；力墙；11.剪力墙应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或剪力墙应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或受拉、平面外轴心受压
3、承载力验算。受拉、平面外轴心受压承载力验算。6.2 6.2 分类及判别方法分类及判别方法一、剪力墙的类型一、剪力墙的类型1、按墙肢截面高度和厚度之比分、按墙肢截面高度和厚度之比分短肢剪力墙短肢剪力墙（48）普通剪力墙普通剪力墙（8）2、按洞口大小分、按洞口大小分整截面剪力墙：无洞或开洞面积不大于剪力墙总面积的整截面剪力墙：无洞或开洞面积不大于剪力墙总面积的15。整体小开口墙：开洞面积大于剪力墙总面积的整体小开口墙：开洞面积大于剪力墙总面积的15，但洞口，但洞口对剪力墙的受力影响仍较小。对剪力墙的受力影响仍较小。（a)整体墙整体墙（b)小开口整体墙小开口整体墙 一、剪力墙的类型一、剪力墙的类型2
4、、按洞口大小分、按洞口大小分双（多）肢墙：开洞较大，排列整齐，整体性削弱，可划分双（多）肢墙：开洞较大，排列整齐，整体性削弱，可划分为墙肢和连梁。为墙肢和连梁。壁式框架：开洞较大，受力性能与框架结构类似。壁式框架：开洞较大，受力性能与框架结构类似。不规则开洞墙：开洞较大，且排列不规则。不规则开洞墙：开洞较大，且排列不规则。(d)多肢墙多肢墙(c)双肢墙双肢墙(e)壁式框架壁式框架(f)不规则开洞墙不规则开洞墙1、整体性系数即连梁与墙肢刚度之间的比列关系，体现墙的整体性 双肢墙：多肢墙：qaA1I1A2I2hhbIbH二、剪力墙类型判别方法二、剪力墙类型判别方法2、墙肢惯性矩比、墙肢惯性矩比In
5、/I 反映沿墙肢高度上弯矩的变化情况反映沿墙肢高度上弯矩的变化情况 墙肢是否出现反弯点，与墙肢的惯性矩墙肢是否出现反弯点，与墙肢的惯性矩In/I，整体性系，整体性系数数、层数有关层数有关 表格表格二、剪力墙类型判别方法二、剪力墙类型判别方法3、剪力墙计算方法判别（b)小开口整体墙小开口整体墙(c)双肢墙双肢墙单肢墙单肢墙二、剪力墙类型判别方法二、剪力墙类型判别方法6.3 翼缘有效宽度确定方法翼缘有效宽度确定方法翼缘有效宽度翼缘有效宽度（取最小值）（取最小值）考虑方式考虑方式截面形式截面形式T形或形或I形形L形或形或形形按剪力墙间距按剪力墙间距按翼缘厚度按翼缘厚度按总高度按总高度按门窗洞口按门窗
6、洞口6.4、6.5 剪力墙结构在竖向水平剪力墙结构在竖向水平荷载下的内力与位移计算方法荷载下的内力与位移计算方法一、剪力墙的简化分析方法一、剪力墙的简化分析方法材料力学分析法：整体墙和整体小开口墙（悬臂杆件）材料力学分析法：整体墙和整体小开口墙（悬臂杆件）连梁连续化的分析方法：联肢墙（力法建立微分方程）连梁连续化的分析方法：联肢墙（力法建立微分方程）带刚域框架的计算方法：壁式框架、联肢墙（等效框架；带刚域框架的计算方法：壁式框架、联肢墙（等效框架；D值法，矩阵位移法）值法，矩阵位移法）有限单元法和有限条带法：有限单元法和有限条带法：有限单元法有限单元法有限条带法有限条带法二、计算假定及内力计算
7、二、计算假定及内力计算1、计算假定、计算假定1）平面结构假定：）平面结构假定：分别按照纵、横两个方向的平面抗侧力分别按照纵、横两个方向的平面抗侧力结构进行计算，但是可以考虑纵横墙的共同工作，把正交的结构进行计算，但是可以考虑纵横墙的共同工作，把正交的另一方向的墙作为翼缘部分参与工作。另一方向的墙作为翼缘部分参与工作。2）每片墙体只考虑自身平面内抗侧刚度，不考虑平面外刚度每片墙体只考虑自身平面内抗侧刚度，不考虑平面外刚度二、计算假定及内力计算二、计算假定及内力计算1、计算假定、计算假定3）刚性楼板假定：）刚性楼板假定：平面内刚度无限大，忽略平面外刚度平面内刚度无限大，忽略平面外刚度4）弹性假定）
8、弹性假定2、剪力墙在竖向荷载作用下的内力计算、剪力墙在竖向荷载作用下的内力计算竖向荷载：竖向荷载：恒、活荷载恒、活荷载内力：轴力（墙肢）、弯矩（连梁）内力：轴力（墙肢）、弯矩（连梁）按照每片墙的承载面积计算按照每片墙的承载面积计算3、剪力墙在水平荷载作用下的剪力分配、剪力墙在水平荷载作用下的剪力分配水平荷载：风和地震作用（主要部分）水平荷载：风和地震作用（主要部分）内力：内力：M,V,NVNMVIEIEVVjeqjiieqjiijij6.5.26.5.2整体墙近似计算方法整体墙近似计算方法一、整体墙的概述 1、整体墙判别条件：洞口15；或双肢b hjh1h2jjjqhhII等效惯性矩6.5.2
9、6.5.2整体墙近似计算方法整体墙近似计算方法dA0A 剪力墙沿竖向各段的惯性矩剪力墙沿竖向各段的惯性矩 各段相应的高度各段相应的高度jIjh )6431/(6011230qqqeqeqGAHEIEIEIEIHV整体墙的计算位移和等效刚度计算整体墙的计算位移和等效刚度计算倒三角荷载倒三角荷载 )31/(31230qqqeqeqGAHEIEIEIEIHV顶点集中荷载顶点集中荷载 11qH顶部集中力均布荷载倒荷载eqEIPH331eqEIqH481eqEIHq4max12011等效刚度：231/HGAEIEIEIqqqeq241/HGAEIEIEIqqqeq264.31/HGAEIEIEIqqqe
10、q 剪力不均匀系数矩形截面取1.21.2，形截面为全面积/腹板面积，T形截面查表侧移计算：11qH11/26/202218整体墙水平荷载分配整体墙水平荷载分配总水平荷载按等效总水平荷载按等效刚度分配到各片墙刚度分配到各片墙NcMMMp21btVNV1N1N2V2M1M2cV1N1M1Vbtc1mVcNcbt 6.56.5.3 整体小开口墙的计算 1 1、判别条件：洞口15%，但10；内力特点：正应力基本直线分布，局部弯曲不超过整体弯曲的15，墙肢弯矩没有反弯点计算方法：材料力学公式略加修正11/26/2022212、内力计算墙肢弯矩：墙肢轴力：墙肢剪力：底层jjjjIIMIIMM15.085.
11、0jjjAAVVIyMANjjj/85.0)(21iiiipiIIAAVV其他层剪力：Mx截面的外弯矩整体弯曲整体弯曲 独立墙肢弯曲独立墙肢弯曲 最终墙肢弯曲最终墙肢弯曲正应力正应力jjIAiiIA 6.56.5.3 整体小开口墙的计算 11/26/2022223、侧移计算：整体小开口墙顶点侧移（整体墙顶点侧移公式）x1.24、等效刚度整体小开口墙等效刚度（整体墙等效刚度）/1.2个别细小墙肢：个别细小墙肢：连梁剪力连梁剪力(可由上、下墙肢的轴力差计算可由上、下墙肢的轴力差计算)、弯矩、弯矩2/hVMMMMjjjj6.56.5.3 整体小开口墙的计算 2/)1(bijbijbijjiijbij
12、VlMNNV11/26/2022231 1、判别条件：110；内力特点：正应力分两段直线分布，墙肢高度上没有或仅仅在个别楼层中出现反弯点6.56.5.4 连续化方法计算联肢剪力墙计算方法：连续化方法11/26/2022242、内力计算（连续连杆方法）（1)计算简图和计算假定将连梁沿高度离散为均匀分布的连续栅片(如图)，形成连续结构2aA1I1A2I2q2c(x)(x)A1I1(x)(x)qA2I2A2I2q2c2aA1I1A2I2hhbIbH6.56.5.4 连续化方法计算联肢剪力墙11/26/202225 基本假定适用条件：开洞规则，墙厚、层高不变（1）忽略连梁轴向变形，即假定两墙肢水平位移
13、完全相同（2）两墙肢各截面的转角和曲率都相等，连梁两端转角相等，连梁反弯点在梁的中点（3）墙肢截面、连梁截面、层高等几何尺寸沿全高是相同的（2 2）基本思路 沿连杆中点（反弯点）切开，以剪力（x）为未知数，得2个静定悬臂墙的基本体系通过切口的变形协调（相对位移为0）建立（x）的微分方程（力法）求解微分方程的（x），积分得剪力V再通过平衡条件求出连梁梁端弯矩，墙肢轴力及弯矩6.56.5.4 连续化方法计算联肢剪力墙11/26/202226（3 3）力法方程的建立 变形协调条件：墙肢弯曲变形产生的切口相对位移 墙肢轴向变形产生的切口相对位移 连梁弯曲变形和剪切变形产生的切口相对位移0)()()(3
14、21xxx)(1x)(2x)(3x墙肢转角变形 mmm21dxdycxcxmm2)(2)(111/26/202227墙肢轴向变形 xxdxxN0)()()()()()(xxdxdNHxHxHxxdxNAAExdEAxNxdEAxNx)()()11(1)()()()()(21212HxxdxdxAAE)()()()11(12111/26/202228连梁弯曲及剪切变形 连梁连梁端部作用力为端部作用力为)()(xdx的悬臂梁的悬臂梁GAhaxEJhaxxbbvm)(23)(2)(333303233)(2)31(3)(2bbbbEJhaxGaAEJEJhax03)(2)()()()11(120032
15、1 HxxbmEJhaxtxdxdxAAEc对对x求导求导03)(2)()()11(1203021bxmEJhaxxdxAAEc再次求导再次求导0)(32)()11(120321 xEJhaxAAEcbm双肢墙连续化方法的基本微分方程双肢墙连续化方法的基本微分方程 力平衡条件 水平荷载产生的倾覆力矩 墙肢截面上的弯矩与轴力 洞口两侧墙肢轴向间距axNxMxMxMp)()()()(21)(xMp)()()(21xNxMxM、a11/26/202231 力与变形关系11111)(mEIyEIxM22222)(mEIyEIxMyyy21mmm21 倒三角形荷载）（均布荷载）顶部集中力）)(11()(
16、1)()(1)()(1)()(1221212121mHxVIIEmHxVIIEmVIIEmdxdMIIEppppm)(2)(xcxm令xxdxxN0)()()(axNxMxMxMp)()()()(2111/26/202232 顶部集中荷载）均布荷载）倒三角形荷载）()1(1)()(022102212022122VHHxVHHxVHxmHxm基本微分方程基本微分方程其中其中面积矩双肢组合截面形心轴的连粱的刚度系数整体系数未考虑墙肢轴向变形的体系数考虑墙肢轴向变形的整SAAAcASDacIDDIhHhcSDHbi,2,6,3121213212212212 顶部集中荷载）（均布荷载）（倒三角形荷载）
17、令()1(1)()()()(/222222201VxxmHx)()(xm)(x（4 4）基本方程的解（5）双肢墙的内力计算）双肢墙的内力计算求得任意高度处的（、）值由（、）可求得连梁的约束弯矩为：aVMjchmVjAVmbjjbjbj122102)(:),()(层连梁的端部弯矩为层连梁的剪力为V1N1M1Vbtc1V1N1M1Vbtc1V1N1M1c1m1m(x)=2c1(x)（5）双肢墙的内力计算）双肢墙的内力计算j j层墙肢弯矩层墙肢弯矩:njsspjjjiijiimMMMIIMMIIM21222111V1N1N2V2M1M2c（5）双肢墙的内力计算）双肢墙的内力计算j j层墙肢剪力层墙肢
18、剪力,可直接考虑弯曲和剪切变形后的抗剪刚度进行分配可直接考虑弯曲和剪切变形后的抗剪刚度进行分配:ji2122ji2111VIIVVIIV)2,1(1212iihGAEIIIIiiii的折算惯性矩是墙肢考虑剪切变形后这里V1N1N2V2M1M2c（5）双肢墙的内力计算）双肢墙的内力计算njbjjVNj j层墙肢轴力层墙肢轴力:3、侧移计算倒三角荷载eqeqeqEIHVEIHVEIHV386011303030均布荷载顶部集中力VM11/26/2022394、等效刚度倒三角荷载均布荷载顶部集中力TTIEEIieq231TTIEEIieq241TTIEEIieq26.31 剪切影响系数剪切影响系数，当
19、H/B4，取 0 系数，根据荷载形式和 查表6.7（p178）iiAHIE2211/26/2022405、讨论双肢墙侧移、连梁内力、墙肢内力沿高度分布曲线如图 连梁最大剪力不在底层，愈大连梁剪力愈大，最大值下移 侧移曲线呈弯曲型，愈大，整体刚度愈大，侧移愈小11/26/202241 墙肢轴力即为该截面以上连梁剪力之和，向下逐渐加大 墙肢弯矩与有关，愈大连梁愈强，连梁内力愈大，而墙肢弯矩愈小11/26/202242总结：在相同Mp作用下，愈大，则连梁愈强，连梁的M、V愈大；而墙肢轴力N愈大，墙肢弯矩M愈小 因为：aNMMMp21njbjVN11/26/2022436.5.5 壁式框架计算壁式框架计算1.计算简图计算简图刚域的影响用刚度无限大的刚臂反映。2、带刚臂杆件考虑剪切变形后的刚度系数和、带刚臂杆件考虑剪切变形后的刚度系数和D值值1212alblllalbl111212m21m
