第十五部分——专题
剪力墙的内力分析
一、概述
剪力墙在钢筋混凝土高层建筑结构中有着广泛的应用，目前剪力墙常用的分析方法和结构计算模型,主要有以下几种：
剪力墙的分析方法可以归纳为三大类：数值计算方法；解析方法;半数值半解析方法。

剪力墙计算模型：
1、解析法等效连续化法或微分方程法。

将结构各层的受力构件沿高度方向进行
连续化,然后用微分方程来求解结构的内力和变形。

解析法中应用最多的是等效夹层梁法,最早是应用于分析框架结构,剪力墙出现后被推广应用于联肢剪力墙。

这种方法局限性很大,只能用于形状和开洞规则的剪力墙,且此方法对低层和多层建筑误差较大。

2、数值解法此法又称等效离散化法。

把一个整体结构连续体离散化为大小和类
型不同的单元体,通过节点连接成整体来代替原有结构,使之满足整体的平衡条件和变形协调条件,从而可以通过位移法、力法和混合法等方法进行数值求解。

由于这种方法通用性强,易于编制计算程序,又有较高的计算精度,在工程界广为应用。

根据所采用的单元类型的不同,可分成微观模型和宏观模型两大类。

（1）微观模型随着计算机技术的发展和钢筋混凝土本构关系的深入研究,诞生于20世纪60年代的钢筋混凝土有限元方法被运用到分析剪力墙结构上，有限元方法还处于不断发展和完善之中，许多理论问题尚待深入研究,同时,庞大的自由度引起的数值分析上的困难和需要繁重的计算工作量,使得这一方法目前主要用于分析结构部件或局部结构以及试验的计算机模拟,而在分析和设计实际结构中应用较少。

目前,用于剪力墙结构的微观模型主要有平面应力膜单元和壳单元。

（2）宏观模型这种模型相对比较简单,宏观模型是目前最主要的研究和使用的模型,已在工程设计中广泛应用。

ａ）等效梁模型用等效梁单元对剪力墙沿墙轴线进行离散。

该单元的全部非性变形集中到两端的塑性铰上,可用两端的非线性弹簧表示,中间部分为弹性的,如图1所示。

显得过于粗糙。

ｄ）、壳元墙元模型是在墙单元模型的板壳单元基础上,根据静力凝聚原理开发的一
种四节点矩形单元。

该单元既有墙所在平面内的刚度,又具有平面外的弯曲刚度。

SATWE就是采用的这种模型原理，目前用于剪力墙结构分析的主要是壳元模型。

e)、空间薄壁杆件模型在高层结构分析程序TBSA和TAT系列中应用了此计算模型。

这种模型考虑了杆件的弯曲、剪切和轴向变形和截面翘曲的影响,在目前高层结构分析中广为应用。

工程应用经验表明,对于高度较大、结构布置比较规则的结构,薄壁杆件模型是比较理想的,精度足以满足工程设计要求,但对于高度较低或布置比较复杂的结构,此模型不够理想。

３、半解析半数值法有限元法的优点是众所周知的,但对于许多具有规则几何形状的平面和简单边界条件的结构来说,完全的有限元分析常常是既浪费又不必要。

以力学问题经典的数学分析方法(解析法)与纯数值方法结合产生的半解析半数值法,吸收了两者的优点,精度高而未知量不多,。

根据上述对各种剪力墙结构计算模型的分析,不难发现各种模型的优缺点和应用上的局限性。

总的说来,解析法和半解析半数值法只适用于形状和开洞都比较规则的剪力墙,且主要用于剪力墙结构的弹性分析,应用上有很大的局限性;数值解法中的有限元模型由于需要庞大的计算量,且在进行非线性分析时许多理论尚未成熟,在分析实际结构,尤其在进行非线性分析时有一定困难;数值解法中的宏观模型由于计算量小,模型直观、形象,目前在实际工程中应用最广,但其中的许多模型只局限于作弹性分析或虽可进行非线性分析但精度不够。

二、专题结果的比较
本专题主要从本次毕业设计的实际应用出发,并顾及一定的计算精度,应用ANSYS 软件进行剪力墙的有限元法,用数值试验分析剪力墙的开洞大小对剪力墙计算模型和计算方法的影响，本专题没有考虑连梁截面高度对刚度的影响，只研究了洞口宽度的变化。

所采用的分析模型主要有如下几种：
模型一：小开口墙，洞口尺寸为1m×1m，墙体尺寸为9m×10m，洞口左下
角坐标（3，5）
分别在有洞口位置和无洞口位置建立两个不同的路径，路径一和路径二，得
到各自的应力图和应变图。

路径一为无洞口处的墙，路径二为有洞口处的墙。

变形和应力范围图
无洞口处整片墙Y方向应力图
无洞口处整片墙Y方向应变图
有洞口处整片墙Y方向应力图
有洞口处整片墙Y方向应变图
ANSYS分析的应力、应变图可得：在墙体开有小洞口时（模型一墙体的开洞率为1.0%），在无洞口位置时，应力、应变在整片墙上还是基本上沿直线变化的，即符合
平截面假定，有洞口的位置应力、应变稍有偏移，但还可以认为是在一条直线上。

所。