5-剪力墙内力计算

剪力墙内力计算 摘要： 本文主要来源于网络和一些，总结了剪力墙的一些要点，分类以及 4 种剪力 墙的内力计算过程。共 4 页。 2012-1-10----2012-1-29 1.剪力墙设计要点： 1.1:设计对象： 剪力墙：正截面，压弯构件N,M竖向钢筋。 斜截面：受剪构件V水平钢筋；限制斜裂缝的扩展。 连梁：受弯，受剪M,V纵筋和箍筋。 1.2.设计要求： 强度：抵抗受弯，受剪破坏； 刚度：抵抗变形，即控制最大位移； 稳定性：高宽比，即抗倾覆；墙厚； 延性：强墙弱梁，强剪弱弯，强锚固； 1.竖向配筋率增加，极限承载力提高，但极 限转角变小；2.将竖向钢筋集中配在墙端部，极限转角大，延性好；3.轴力越大，延性越差； 4.有翼缘时，延性会提高；5.混凝土强度等级越大，延性越大，但对剪力墙抗弯承载力影响 不大；6.合理开洞，使得塑性铰区由墙身转移到洞口连梁上，提高剪力墙的延性。 强墙弱梁：让连梁先于墙肢屈服，避免墙肢过早屈服而使塑性变形集中于某一层而形成 薄弱层。 1.3.剪力墙延性设计： 限制底部墙肢轴压比，设置边缘构件；当剪力墙轴压比比较小，即使不设边缘构件，墙 也有较好的延性。 1.4.剪力墙的破坏形式： 弯曲破坏，墙体在受拉边底部首先钢筋屈服，形成塑性铰，这种破坏属于延性破坏，是 设计所希望看到的。 1.5.剪力墙的计算： 偏心受压，偏心受拉，和柱相似，但比起柱，剪力墙有分布筋； 墙肢在弯矩 M 和轴力 N 的作用下，承载力计算与柱相似，都是偏心受压，偏心受拉， 区别是剪力墙除在端部配置竖向抗弯钢筋外，还在端部以外配置竖向和水平钢筋；横向水平 钢筋参与抵抗剪力，竖向分布筋比较细，容易压屈，偏心受压计算时，不考虑竖向钢筋的作 用。 大偏心受压： b  ，为相对受压区高度；大偏心受压破坏时，远离中和轴的受拉钢 筋和受压钢筋都可屈服，只有中和轴附近的竖向部分钢筋没有屈服。 小偏心受压： b  ，为相对受压区高度；受压较大一侧的混凝土达到极限压应变而 丧失承载力，靠近受压较大边的端部钢筋及竖向分布钢筋屈服，受拉区的竖向分布钢筋为屈 服。 1.6.剪力墙斜截面剪切破坏： 1.6.1.斜拉破坏： 剪力墙剪跨比大或者横向钢筋很少时，会出现斜拉破坏； 特征：斜裂缝一旦出现，就 是一条主要的斜裂缝，并延伸至受压区边缘；脆性破坏。 ：限制墙肢的最小配箍率，横向分布钢筋的最小直径和最大间距。 1.6.2.斜压破坏： 剪力墙截面较小或者横向钢筋配置过多时，会出现斜压破坏；随着荷载的增大，斜裂 缝将墙肢分割成许多斜向的受压柱体。在横向钢筋屈服之前，混凝土被压碎而破坏---脆性破 坏。 措施：限制墙肢的最小截面尺寸。混凝土：当剪跨比大于 2.5 时，大部分墙的受 剪承载力上限接近于0.25 cf bh； 剪跨比：柱的剪跨比反映的是柱截面承受的弯距与剪力相对大小的一个参数，示为： M/Vh，也可用 H/2h 表示，h 表示柱截面高度；当此值大于 2 是，称该柱为长柱。小于 2 为 短柱。梁的剪跨比，剪力的位置 a 与 h0 的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对 关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式； 同时 也反映在受剪承载力的公式上。剪跨比实际上反映的是发生剪切破坏的难易程度，剪 跨比大弯曲易；剪跨比小剪断易。 剪压比：墙肢截面的平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值； / c w wV f b h ，当剪压 比超过一定值时，剪力墙将较早出现斜裂缝，增加横向钢筋不能有效提高其受剪承载力，在 横向钢筋为屈服时，墙肢混凝土发生斜压破坏； 1.6.3.剪压破坏： 最常见的墙肢剪切破坏；剪力墙截面大小适中，横向钢筋配置适中会出现此种破坏； 开始时是细小斜裂缝，随着水平荷载的增加，出现一条主要的斜裂缝，混凝土受压区高度减 小，最后混凝土破坏，横向钢筋也屈服。脆性破坏，但有一定的征兆。 1.7.程序： 程序将某个剪力墙求的的内力按照剪力墙各墙肢刚度分配到各墙肢，然后根据各墙肢的 截面尺寸进行配筋计算，并将墙肢交汇处的暗柱配筋面积按一定的规则相叠加；但对于两个 以上的电梯井并列布置的箱体剪力墙构件，剪力墙的整体变形是弯曲变形为主，截面应力边 缘最大，中和轴处为 0，也就是电梯井交汇处（B 和 D）不必配太多的钢筋，但是程序在按 柱 B 和 D 处会配很多钢筋，造成浪费。 1.8.纵横墙共同工作原理： 横向水平荷载作用下，主要考虑横墙其作用，纵墙作为翼缘参加工作；纵向水平荷载作 用下，主要考虑纵墙其作用，横墙作为翼缘参加工作。 1.9.力的传递： 竖向荷载通过楼板传力给剪力墙，竖向荷载在连梁内产生弯矩，剪力，其中剪力最终成 为剪力墙的轴力。各片墙肢承受的竖向荷载可以按墙肢受荷面积简化计算。 梁剪力转化为墙轴力：传到墙肢的集中力，可以按 45 度角扩散到整个墙截面，当纵横 墙整体连接时，一个方向墙荷载可以向另一个方向墙扩散。 1.10.几个概念： 剪力墙在水平荷载作用下，各层总剪力按各片剪力墙等效抗弯刚度分配；剪力墙整体系 数 =连梁总的抗弯线刚度/墙肢总的抗弯线刚度； 1.11．应力在不同类型墙肢中的分布，且应力与弯矩有关，即由应力大小的分布可以知道弯 矩大小的情况： 2.剪力墙内力计算过程： 2.1.整体墙： 开洞率：墙面开洞面积/墙面总面积判断剪力墙的类型；开洞截面对形心轴的惯 性矩无洞截面惯性矩等效截面面积，等效惯性矩等效刚度顶点位移（倒三角荷 载，均布荷载，顶部集中力各有各的公式）。 2.2.小开口整体墙（墙肢应力中出现局部弯矩，但15%整体弯矩）： 图形： 2.2.1.内力计算过程： 由连梁截面面积，惯性矩折算惯性矩 各墙肢截面面积， 惯性矩 由剪力墙整体系数 判断剪力墙类型，（ =连梁总的抗弯线刚度/墙肢总的抗弯线刚度） 按公式计算每片墙肢轴力，弯矩，剪力；底层剪力按墙肢截面面积分配，其它层按墙肢 截面面积和惯性矩比例平均值分配剪力；弯矩，轴力公式如下： 剪力墙顶点位移（考虑开孔后刚度 削弱，乘以增大系数 1.2） 2.3.双肢，多肢墙计算： 连梁的计算跨度，惯性矩折算惯性矩，连梁的刚度 D， iD  各墙肢截面面 积， 惯性矩由剪力墙整体系数 判断剪力墙类型，（ =连梁总的抗弯线刚度/墙肢 总的抗弯线刚度）各层总约束弯矩各层连梁弯矩，剪力代入公式计算每片墙肢弯 矩，剪力，轴力。 2.3.1：设计要点： a.剪力墙水平位移=墙肢弯曲变形产生水平位移+墙体剪切变形产生水平位移。 b.墙肢剪力，可按考虑弯曲和剪切变形后的抗弯刚度进行分配。 c.剪力墙中下部连梁弯矩，剪力比其它楼层弯矩，剪力大，其原因复杂，一般，从 上往下，地震作用越来越大，但底部楼层可能截面大，连梁相对刚度小，于是底部连梁弯矩， 剪力还没有中下部连梁弯矩，剪力大； 同时，弯矩，剪力与连梁，剪力墙之间的变形有 很大的关系，也与结构布置有关系。 2.4.壁式框架： 剪力墙洞口尺寸较大，当洞口上梁的刚度洞口侧边墙刚度时，宜按壁式框架计算； 其内力可用矩阵位移法计算，也可以基于 D 值法基础上计算。 刚域：壁梁和壁柱截面都比较宽，在梁柱相交处会形成一个刚域，即不产生弯曲和 剪切变形；因此壁式框架就是杆端带有刚域的变截面刚架；梁刚域长度=1/4 bh ，柱刚域长 度=1/4 ch , ch 为柱宽；