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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-10-13浏览：49次
摘要：剪力墙结构内力计算与设计，是建筑设计中的必不可少的组成部分，设计单位必须要按照相关的原理和建筑形态需要，完成科学有效的设计和计算。
关键词：建筑工程；剪力墙设计；内力计算
剪力墙是建筑结构中的重要组成部分，对建筑的稳定性和实用性有着重要的影响。事实上，在建筑工程建筑中，关于剪力墙的设计的方案是多样的，设计人员需要根据所在地区的情况，根据具体项目的要求来选择剪力墙的设计方案和施工方案。但无论是选择何种方案，都要根据建筑的特点，来完成内力计算。
一、竖向荷载作用下剪力墙结构的内力计算
竖向荷载作用下一般取平面计算简图进行内力分析，不考虑结构单元内各片剪力墙之间的协同工作。每片剪力墙承受的竖向荷载为该片墙受荷范围内的永久荷载和可变荷载。当为装配式楼盖时，各层楼面传给剪力墙的为均布荷载；当为现浇楼盖时，各层楼面传给剪力墙的可能为三角形或梯形分布荷载以及集中荷载，剪力墙自重按均布荷载计算。
竖向荷载作用竖向荷载作用下剪力墙内力的计算不考虑结构的连续性，可近似地认为各片剪力墙只承受轴向力，其墙体平面外的弯矩和剪力等于零。各片剪力墙承受的轴力由墙体自重和楼板传来的荷载两部分组成，其中楼板传来的荷载可近似地按其受荷面积进行分配。各墙肢承受的轴力以洞口中线作为荷载分界线，计算墙自重重力荷载时应扣除门洞部分。
(1)整截面墙计算截面的轴力为该截面以上全部竖向荷载之和。(2)无偏心荷载时，联肢墙内力计算方法与整体小开口墙相同，但应计算竖向荷载在连梁中产生的弯矩和剪力，可近似按两端固定梁计算连梁的弯矩和剪力；在偏心竖向荷载作用下，双肢墙内力计算可查相关计算表格；多肢墙在偏心竖向荷载作用下，端部墙肢可与邻近墙肢按双肢墙计算，中部墙肢可分别与相邻左右墙肢按双肢墙计算，近似取两次结果的平均值。(3)壁式框架在竖向荷载作用下，壁梁、壁柱的内力计算与框架在竖向荷载作用下的相似，可采用分层法或力矩分配法。
二、框架一剪力墙(简体)结构协同工作计算
当高层建筑层数较多而且高度较高时，如果仍采用框架结构，则框架在水平力作用下，截面内力增加很快，梁柱截面增加很大，并且还产生很大的水平侧移。为解决上述矛盾，通常的做法是在框架体系中增设一些刚度较大的钢筋混凝土剪力墙，使之代替框架承担水平荷载，于是就形成了框架一剪力墙结构体系。
（1）框架一剪力墙结构的分析计算方法分类
框架一剪力墙结构的分析计算方法大致可分为下列三类：
1)空间三维分析方法把剪力墙视为薄壁杆件、带刚域的杆件或平板条元，按结构体系空间变形的三维协调条件进行分析。该方法可以考虑杆件的弯曲、剪切和轴向变形，包括楼板变形的影响，也可以采用刚性楼板的假设以便简化。水平荷载的偏心作用所产生的建筑物扭转效应已自动包含在计算结果中，无需另行计算。该方法计算工作量大，需用容量相当大的电子计算机进行。
2)平面结构空间协同工作分析方法该方法假定整个结构体系由各向的平面结构组成，然后按结构体系水平变形的二维协调条件进行分析。显然，在两榀平面结构相交处，竖向变形是不协调的，计算结果的精度稍逊于空间三维分析方法。该方法的其他性能则与空间三维分析方法基本相同。同样，由于计算工作量大，需用电子计算机进行。
3)结构体系沿主轴方向平移的分析法(侧移法)该方法将整个结构体系在各主轴方向进行平面结构分析，水平荷载的偏心作用所产生的建筑物扭转效应则用近似的分层分析考虑其附加效应。该方法计算工作量最小，利用现成公式或图表曲线手算即可解决问题。对于比较规则的结构体系，应用该方法可获得满意结果。
（二）框架一剪力墙(简体)结构的计算假定与计算简图
1．框架一剪力墙(筒体)结构的计算假定
框架一剪力墙结构体系作为平面结构来计算，在结构分析中一般采用如下假设：
(1)楼板在自身平面内的刚度为无限大。这保证了楼板将整个结构单元内的所有框架和剪力墙连为整体，不产生相对变形。现浇楼板和装配整体式楼板均可采用刚性楼板的假定。采用这一假设，当结构体系沿主轴方向产生平移变形时，同一层楼面上各点的水平位移相同。
(2)房屋的刚度中心与作用在结构上的水平荷载(风荷载或水平地震作用)的合力作用点重合，在水平荷载作用下房屋不产生绕竖轴的扭转。当结构体型规整、剪力墙布置对称均匀时，结构在水平荷载作用下可不计扭转的影响。
(3)不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响。
(4)假定所有结构参数沿建筑物高度不变。如有不大的改变，则参数可取沿高复的加权平均值，仍近似地按参数沿高度不变来计算。
2．框架一剪力墙(筒体)结构的分类与计算简图
在以上基本假定下，计算区段内结构在水平荷载作用时，处于同一楼面标高处各片剪力墙和框架的水平位移相同。此时，可将结构单元内所有剪力墙综合在一起，形成一榀假想的总剪力墙，总剪力墙的弯曲刚度等于各榀剪力墙弯曲刚度之和；把结构单元内所有框架综合起来，形成一榀假想的总框架，总框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者是否考虑这些连梁对剪力墙转动的约束作用，框架一剪力墙结构可分为下列两类：
1)框架一剪力墙铰接体系
对于下图(a)所示结构单元平面，框架和剪力墙是通过楼板的作用连接在一起的。因楼板在平面外的转动约束作用很小而予以忽略，可以把楼板简化为铰接连杆。于是总框架与总剪力墙之间可按铰接考虑，其横向计算简图如图（b)所示。在总框架与总剪力墙之间的每个楼层标高处，有一根两端铰接的连杆。这一列铰接连杆代表各层楼板，把各榀框架和剪力墙连成整体，共同抵抗水平荷载的作用。
图中总剪力墙包含2片剪力墙，总框架包含了5榀框架，连杆代表刚性楼盖的作用。它将剪力墙与框架连在一起，同一楼层标高处有相同的水平位移。这种连接方式或计算简图称为框架一剪力墙铰接体系。
2)框架一剪力墙刚接体系如下图(a)所示，当墙肢之间有连梁或墙肢与框架柱之间有连系梁相连时，连系梁对剪力墙有明显的约束作用，可视为刚接，框架与总连杆间用铰接，表示楼盖连杆的作用。连系梁对柱也有约束作用，但此约束作用已反映在柱的抗侧刚度D中，于是应采用图(b)所示的计算简图。这种连接方式或计算简图称为框架一剪力墙刚接体系。该体系包含总剪力墙、总框架和总刚性连杆。此连杆连接剪力墙和框架，图中的总连系梁刚度为所有连梁和连系梁刚度之和。在图(b)中，被连接的总剪力墙包含4片墙，总框架包含5榀框架；总连杆中包含2根连梁，每根连梁有两端与墙相连，即2根连梁的4个刚接端对墙肢有约束弯矩的作用。
计算地震作用对结构的影响时，纵、横两个方向均需考虑。计算横向地震作用时，考虑沿横向布置的剪力墙和横向框架；计算纵向地震作用时，考虑沿纵向布置的剪力墙和纵向框架。取墙截面时，另一方向的墙可作为翼缘，取一部分有效宽度。
三、错列剪力墙结构内力计算
错列剪力墙结构内力简化计算方法可采用杆件有限元模型．高精度有限元方法。
(1)杆件有限元模型类似于框架-剪力墙结构内力和位移的计算机分析方法。采用图a（墙板单元）所示的一种墙板单元的计算模型来模拟错列剪力墙结构中的墙板。这种计算模式将墙板置换成杆系构件。将墙板和框架的力学性能分开。可方便地将墙板单元组合到框架中去。分析模型的基本假定：1)受力前后墙板保持平面。2)刚域端部与框架梁柱铰接。．这样处理表面上不考虑墙在节点处的转动约束。实际上由于墙柱刚域使框架梁的刚度提高。也就间接考虑了转动的约束作用。3)墙板单元四个角节点的变形与框架对应节点的变形相协调。
将图a中的墙板转化为图b(墙板单元计算)的计算模型。墙板的上部节点为1．2。下部节点为3．4。假定上．下部节点之间分别由刚性杆连接。两刚性杆中点i、j为完全刚节点。
四、结语
总之，在剪力墙设计及内力计算中，设计单位需要根据相关的设计原理，根据工程的实际需要，在具体的设计方案中，选择科学合理的设计图纸，并在内力计算中，找到准确的数据，保证剪力墙结构的安全稳定。
参考文献：
[1]李汝庚．对称双肢剪力墙的简捷算法[J]．力学与实践，1998(02)
[2]张朝燕，王志军．空间剪力墙结构的数学计算方法[J]．长春师范学院学报，2004(07)
[3]赵守勇．剪力墙结构设计分析[J]．煤炭技术，2011（09）
《剪力墙结构内力计算与设计》
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文章名称： 剪力墙结构内力计算与设计
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