砌体结构墙体侧向刚度计算方法的比较

秦 东 张志远

(中国建筑科学研究院，北京 100013)

1 前言

砌体房屋结构中，刚性楼屋盖被广泛使用。在抗震设计中，这种楼屋盖结构的楼层水平地震剪力，宜按各墙抗侧向等效刚度的比例分配。因此，砌体结构中砌体墙的抗侧向等效刚度计算，决定了地震剪力在楼层各墙之间分配的正确性。本文对目前常用的侧向刚度计算方法进行了比较，并分析了各方法的特点。

2 常用墙体刚度计算方法

2.1 墙的水平净面积法

目前最常用的方法是按墙的水平净面积计算墙的相对侧向刚度(以下简称“墙净面积法”)，在同一楼层中，各墙根据墙的水平净面积比例分配剪力，这种方法简单实用，并可方便用于手算，目前被广泛使用。如参考文献[1]的例11－1。国内广泛使用的PKPM05、08版系列软件。

这种方法存在的缺点也是明显的:仅仅简单考虑了洞口的水平面积大小影响，无法反映洞口高度位置变化的影响，只考虑了墙的剪切变形，未考虑墙肢的弯曲变形。如图1所示两片墙，虽然两墙的水平净面积相等，但是图1(a)的刚度明显小于图1(b)。而用这种方法计算出来的刚度是一样的。

2.2 规范方法

图1 墙的水平净面积法

《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程JGJ/T13－94》也给出了一种墙段的刚度k0的计算方法(以下简称“规范方法”)。见该规程式(4.2.7－1):

当H/B＜1时，λw=

当1≤H/B≤4时，

当H/B≥4时，墙段在刚度计算时可不考虑。

式中，H、B——墙段的高、宽;

φ0——开孔影响系数;

λw——墙段考虑开孔和弯曲作用影响的刚度修正系数;

A1——墙段折算水平截面面积;

Ag——墙段水平截面毛面积;

其它各参数的意义详见该规程。

这种方法的优点是，通过修正系数λw、φ0，不仅考虑了墙段开孔，而且考虑了1≤H/B≤4时弯曲作用的影响。特别是在该规程中还规定当门洞高度大于层高80%时，取门洞两侧的墙体各自为一墙段分别计算刚度。避免了单纯考虑洞口宽度，而不考虑洞口高度影响的缺陷。由于这种方法的优点，《建筑抗震设计规范(GB50011－2010)》也推荐此法，PKPM系列软件从2010版起，也采用这种方法计算砌体墙的刚度，并进行地震剪力分配。

3 实际计算对比

两种方法在实际计算中的效果如何?下面通过两个计算实例来进行两种方法的对比。

例1:某一层建筑，层高3 300mm，平面见图2(a)，图2(b)为三维透视图。A轴门洞大小3 000×2 700，B轴窗洞大小3 000×1 000。地震设防烈度7度。现分别用两种刚度计算方法计算A、B两道纵墙分配的地震剪力。

表1为剪力计算结果对比。从表1可看出采用“墙净面积法”无法反映大洞口高度对刚度的影响，A、B两道纵墙分配的地震剪力相等。而“规范方法”可反映大洞口高度对刚度的影响，A轴纵墙刚度小于B轴，A轴纵墙分配的地震剪力小于B轴。

表1 实例1剪力计算结果对比 (单位:kN)

例2:某7层住宅，层高3 000mm，标准层平面透视图见图3(a)，全楼三维透视图见图3(b)。地震设防烈度7度。此楼的B轴阳台全部设有落地高窗，B轴纵墙在结构上被严重削弱，由于C、F轴纵墙也未能拉通，在体系布置上存在一定缺陷。现分别用两种刚度计算方法进行抗震计算。

图4为“墙净面积法”计算的结果，(a)为墙剪力分配图，(b)为承载力与荷载效应比及水平配筋图。图5为“规范方法”计算的结果，(a)为墙剪力分配图，(b)为承载力与荷载效应比及水平配筋图。从图4与图5的对比来看，改用“规范方法”后，B轴纵墙由于开洞大，计算刚度相对降低，总剪力从524.3kn，下降到305.3kn。F 轴纵墙由于洞口小，计算刚度相对提高，总剪力从 165.5kn，提高到236.7kn，相应的F轴纵墙由不需要配筋，到需要配1 431mm2水平钢筋(HPB235)。通过对比可看出，“墙净面积法”不能正确反映大洞口对墙体刚度的削弱，尽管纵墙布置不合理，在计算中也无法发现。而“规范方法”的计算更好地反映出了结构的布置方案缺陷，暴露出不安全的墙体。

4 结论

用《设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程JGJ/T13－94》的公式计算砌体墙刚度，并进行地震剪力分配，比“墙净面积法”，更能够全面考虑洞口高度影响、弯曲作用对刚度的影响。避免工程抗震计算中出现不安全的计算结果。

[1]唐岱新，龚绍熙，周炳章.砌体结构设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2002

[2]建筑抗震设计规范[S](GB50011－2010).

[3]设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程[S](JGJ/T13－94).