1、不同洞口水平位置和墙厚的剪力墙受力性能比较摘要：本文通过考虑剪力墙的洞口水平位置、墙厚两方面因素的情况下，分析了剪力墙的类型，计算了均布荷载作用下剪力墙的整体工作系数、等效刚度、顶点位移，并得出结论，希望对指导实践有一定的帮助。 关键词：剪力墙；洞口位置；墙厚 中图分类号：TU973+.2 文献标识码： A 0 引言 剪力墙结构在高层建筑中应用十分广泛，为满足使用要求，剪力墙常开洞。理论分析和试验研究表明，剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙开洞情况。洞口存在与否、洞口的大小、形状及位置都将影响剪力墙的受力性能。对这一问题的研究与探索，不仅具有一定的理论价值而且具有一定的实用价值。 1
2、剪力墙类型判别 剪力墙按受力特性的不同主要可分为整体墙、小开口整体墙、联肢墙和壁式框架等几种类型。不同类型的剪力墙，其相应的受力特点和计算方法不相同，计算其内力和位移时需采用相应的计算方法。判断剪力墙受力特点及划分类别，一方面要从墙肢截面上的应力分布去分析（也即墙的整体性，反应在数值上就是整体系数 ）另一方面要从沿墙肢高度上弯矩的变化情况来分析。 1.1 整体墙 洞口开孔面积不超过墙面面积的 15%，且孔间净距及孔洞至墙边的净距大于孔洞长边尺寸时，为整体墙。 1.2 小开口整体墙 整体小开口墙是指由成列洞口划分成若干墙肢，各墙肢和各列连梁的刚度比较均匀且满足下式要求的剪力墙。当 10 且 IA
3、/ I Z 或IA/IZi 时按整体小开口墙计算 1.3 联肢墙 当 10 且 IA/ I Z 或 IA/IZi 时按联肢墙计算 物理意义：整体性不很强，墙肢不出现（或很少出现）反弯点。 1.4 壁式框架 当 10 且 IA/ IZ 或 IA/IZi 时按壁式框架计算 物理意义：整体性很强，但墙肢多出现反弯点。 2 影响剪力墙的因素分析 影响剪力墙刚度、变形特征、应力大小及分布的主要因素有剪力墙的开洞率、洞口的形状、洞口的开设位置、墙厚以及洞口的排列方式等。（1）剪力墙的开洞率。一般来说，当洞口比较规则且洞口率小于 15时可按整体墙来处理；当洞口比较规则但洞口率大于 65时按普通框架来处理；当
4、洞口比较规则但洞口率介于 4065时，根据剪力墙的整体系数和反弯点的情况来具体分类。 （2）洞口的形状和开设位置。在同样开洞率的情况下，如果洞口过于宽扁（柱宽很小） 、过于狭长（梁高过小）或开设位置靠边，对剪力墙的工作性能都是不利的。 （3）洞口的排列方式。洞口的排列方式对剪力墙的刚度影响比较严重，当剪力墙的开洞率相同而洞口的排列位置不同时，剪力墙的刚度会表现出很大的差别。 （4）剪力墙的厚度。剪力墙的厚度对结构刚度、地震效应、层间位移角等各项指标都有影响。 3 计算分析 以不同洞口水平位置和墙厚的单片剪力墙为例，宽度为 15m，高度为 45m，以 3m 作为层高，相当于 15 层的建筑，各层
5、均开同一规格的洞口为 6m1.5m，开洞率为 20%，采用手算简便算法，对剪力墙在弹性阶段的刚度、顶点位移进行讨论，探讨洞口水平位置、墙厚对剪力墙受力性能的影响。 3.1 构件信息 选用开洞率 20%，洞口水平位置不同的三片混凝土剪力墙，宽度为 15m，高度为 45m，洞口宽 6.0m，高 1.5m，每片剪力墙都有 150mm 200mm 250mm 300mm 350mm 五种厚度，具体位置如图 1 所示。下端采用固支，水平力从一侧均布施加。 （a）洞口位置一 （b）洞口位置二（c）洞口位置三 图 1 不同洞口位置的剪力墙示意图 3.2 手算分析 （1）首先以 250mm 厚的剪力墙分析洞口
6、水平位置对剪力墙的影响。对剪力墙进行类型判别，结果如表 1 所示，可以看到，三种开洞位置的剪力墙均属于双肢墙，等效刚度的计算见表 2。水平施加 3kN/m 的均布荷载时的顶点位移见表 3。 表 1 不同洞口位置的剪力墙类型判别表 不同洞口位置的剪力墙类型判别表 洞口位置 D T 类型 一 0.04430 1.000 0.8543 双肢墙 二 0.04430 1.000 0.9259 双肢墙 三 0.04430 1.000 0.9423 双肢墙 表 2 不同洞口位置的剪力墙等效刚度计算表洞口位置 不同洞口位置剪力墙等效刚度及顶点位移 洞口位置 D 12 T 2 EcIeq 一 0.04430 2
7、4.5345 0.8543 0.004532 0.09654 961243536.9 二 0.04430 38.9448 0.9259 0.002855 0.07030 992699688.5 三 0.04430 47.2530 0.9423 0.002353 0.05990 998046087.8 表 3 不同洞口位置的剪力墙顶点位移表(手算结果)/mm 洞口位置 一 二 三 1.5997 1.5490 1.5407 因此从表 2 和表 3 可以看出：洞口水平位置对剪力墙刚度和顶点位移的影响比较大，洞口位于剪力墙中间时，剪力墙的刚度要大于洞口位于剪力墙两侧时的情况。可见洞口位于剪力墙中间会使
8、剪力墙构件有着更加优越的性能 （2）在次选用洞口水平位置如图 1 的三片混凝土剪力墙，此时分析每片剪力墙都有 150mm 200mm 250mm 300mm 350mm 五种厚度，计算剪力墙的整体工作系数 、等效刚度、顶点位移，得出以下图表。 表 4 不同墙厚度剪力墙的整体工作系数 洞口位置 150mm 200mm 250mm 300mm 350mm 一 7.1432 7.1345 7.1443 7.1453 7.1425 二 6.5941 6.6048 6.5925 6.6015 6.6110 三 5.3372 5.3410 5.3412 5.3431 5.3359 图 2 不同洞口位置下顶
9、点位移随墙厚的变化 图 3 不同洞口位置下等效刚度随墙厚的变化 通过以上数据分析可以得到以下几点： (a) 由表 4 得出，洞口水平位置的一定的情况下，剪力墙的整体工作系数 随墙厚的变化不大，在墙厚一定的条件下，随着位置靠近剪力墙的中部，其整体工作系数 越大。 (b) 由图 2、图 3 得出，洞口水平位置的不变的情况下，随着墙厚的增加，剪力墙的等效刚度是线性增加的，剪力墙墙厚每增加 25%，等效刚度平均能增加 28%，而剪力墙的顶点位移随刚度的增大是逐渐减小的但不是线性变化。 4 结论与建议 通过手算的简便算法，对剪力墙在弹性状态下的的刚度、顶部位移等参数进行了计算、探讨和对比，得出了以下几点
10、结论，供日后设计中作为参考： (1)洞口水平位置和墙厚对剪力墙的静力性能都有影响，其中剪力墙厚度的影响要大一些，洞口位置的影响相对要小一些，总的来说，剪力墙厚度越小，越靠近剪力墙的两侧，剪力墙承受静力水平荷载的能力相对也越差，反之亦然； (2) 当需要调整结构的整体工作系数，不能通过改变墙厚的方法使剪力墙的整体系数发生改变，结构的刚度与剪力墙厚度成线性关系的，当结构的刚度不能控制在规范的范围内时，我们可以通过调整剪力墙墙厚来使结构处于合理的刚度。但是通过增加剪力墙厚度来增大刚度时要综合的考虑各方面的因素。 (3) 剪力墙洞口率、洞口的位置、墙厚和混凝土等级、结构层数，结构层高等等因素都会对剪力墙的受力性能有影响，由于篇幅的限制文中只分析了因此设计人员在进行剪力墙设计时要综合考虑到各个方面的因素。 参考文献: 1 建筑抗震设计规范( GB50011-2001) S . 北京: 中国建筑工业出版社, 2001. 2 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002 J186-2002) S .北京: 中国建筑工业出版社, 2000. 3 赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计M.北京:中国建筑工业出版社, 1992 4 沈蒲生,梁兴文.混凝土结构设计.北京:高等教育出版社,2003,163-165
