框架-剪力墙-框剪结构的变形特点

摘要：框架结构的变形为剪切型，剪力墙结构的变形为弯曲型，框架结构的变形为弯剪型。有的时候只是死记硬背，而不知其中真正的原因，很多人都有这种现象，首先什么叫剪切型、弯曲型？一般国内高层结构设计教材上都是这样定义的：①弯曲型：变形特点与悬臂梁的弯曲变形规律一致，称为弯曲变形。②剪切型：变形特点与悬臂梁的剪切变形规律一致，称为剪切变形。1.框架结构的变形特点要理解框架结构的变形特点首先研究下框架结构的受力特点。(1)框架结构在水平力作用下的受力特点方便起见，仅考虑单层单跨的框架结构，计算其在水平力作用下的内力分布情况。图一单层单跨结构受力特点框架结构的抗倾覆弯矩是由两部分组成的：①框架柱柱端弯矩②框架边柱的轴力组成的弯矩。对于单层单跨框架结构，这两部分各占50%，即都为FH/2。(2)框架结构在水平力作用下的变形特点现在，我们换个角度看问题。假如上图中的抗倾覆弯矩计算位置不是取在底部而是取在柱子的反弯点位置处，那么结构受力就像图二（d）图所示。可以将图二（a）中框架看成一根空腹的悬臂柱，截面高度为框架总跨度，在反弯点切开时，空腹悬臂柱的弯矩M和剪力V各自产生相应的变形。由于轴向方向的截面利用率大于受弯截面利用率（可以试算相同的力用于受压以及用于受弯时的变形值），剪力V产生的变形要远大于弯矩M产生的变形，框架结构的变形特点整体呈现剪切型。图二某框架结构变形示意2.剪力墙结构变形特点研究剪力墙的结构变形之前，我们先看一个多层排架的受力及变形特点。（1）排架结构受力及变形特点排架结构可以看做成一种特殊的框架结构。当梁柱线刚度比大于4的时候，可以将梁看做无穷刚，此时节点区域不发生相对变形。当柱子线刚度远大于梁线刚度时，梁柱节点可以看做铰接，就是图三中的排架结构。有的人要问了，为什么排架也是框架，但图三中的变形是弯曲型，而不是框架的剪切型呢？框架与排架的本质区别在于梁柱节点有无相对变形（梁是否受剪、柱子是否有轴力、柱子是否有反弯点）。图三中的排架结构，柱子的受力形式接近于悬臂梁，因此其变形特性为弯曲型。（可以看看图四中的柱子弯矩图，假如取出一整根框架柱计算变形应为剪切型）图三多层排架结构受力及变形图四多层框架结构受力及变形（2）剪力墙结构变形剪力墙结构由于“柱子构件”剪力墙截面巨大，其实说白了就是一种排架结构（弱连梁）或者没有梁的排架结构（整片墙），（只不过为了控制其变形，剪力墙的刚度很大）因此其变形形式为弯曲型。3.框剪结构变形特点框剪结构是框架与剪力墙构成的结构。图五示意了框架剪力墙结构的计算模型。可以将框架剪力墙结构等效成一种排架与框架结构混用的结构形式，只不过排架结构的柱子不是柱子截面范畴是剪力墙截面。图五框架剪力墙结构示意对于框架剪力墙结构，其变形特点介于框架与剪力墙之间，最关键的要素是，各层楼面处要位移协调。图六是框架与剪力墙结构各自的变形特点。图六框架与剪力墙变形示意很明显，由于变形协调，框剪结构的变形形式：下部由于框架结构层间位移大，框剪结构变形与框架相似，结构顶部剪力墙层间位移大，框剪结构变形与剪力墙相似。整个变形呈反s型。