工程计算II（45）——低层轻钢骨架住宅设计
第十二节剪力墙设计（疾风区域）
为下面表明的范例建筑物（图12-16）设计侧向力抵抗系统（LFRS）。侧墙采用类型I拉紧墙，端墙采用类型II拉紧墙。
图12-16一、设计假设建筑物宽度：B=9.7536m建筑物长度：L=15.24m墙高度：H=2.7432m斜屋顶高度：Hr=1.2192m屋顶坡度：3:12设计风速：V=193km/hr，位向B类屋顶静荷载：Dr=718N/m2墙静荷载：Dw=335N/m2地面雪荷载：Sg=1197N/m2在参考水准面上的混凝土地面基础骨架柱子：：89S41-0.84柱子间距：S=0.4064M（一）、计算风荷载：按照ASCE 7(ASCE，1998)：方向性系数（Kd）=0.85（ASCE，表6-6）重要性系数(I)=1.0 （ASCE，6.5.5部分）地形系数（Kzt）=1.0 （ASCE，图6-2）速度位向（Kz）=0.70 （ASCE，表6-5）速度压力=qz=47.3×10-3×Kz×Kzt×Kd×(V2×I) （ASCE，公式6.5.10）=47.3×10-3×0.70×1.0×0.85×[(193km/hr)2×1]=1048N/m2压力=p=qz[(GCpf)-(GCpi)] （ASCE，公式6.5.12.2.1）把qz=1048N/m2，以及表12-9（GCpf）、表12-10（GCpi）和表12-11（GCpf）中的数据代入公式6.5.12.2.1，就计算出表12-12和表12-13。表12-9 GCpf（ASCE 图6-4）情况A（屋顶坡度=14.03度）区域1区域2区域3区域4区域1E区域2E区域3E区域4E0.478-0.690-0.436-0.3740.724-1.070-0.626-0.556表12-10 GCpi（ASCE 图6-4）情况A被围合的建筑物+0.18-0.18表12-11 GCpf（ASCE 图6-4）情况B（屋顶坡度=14.03度）区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域1E区域2E区域3E区域4E区域5E区域6E-0.45-0.69-0.37-0.450.4-0.29-0.48-1.07-0.53-0.480.61-0.43表12-12 P（N/m2）——情况A（屋顶坡度=14.03度）区域1区域2区域3区域4区域1E区域2E区域3E区域4E690-912-646-581948-1310-845-772表12-13 P（N/m2）——情况B（屋顶坡度=14.03度）区域1区域2区域3区域4区域5区域6区域1E区域2E区域3E区域4E区域5E区域6E-660-912-577-660608-493-692-1310-744-692828-639以上的数据是基于如下的拐角长度：0.4×(H+Hr)=0.4×(2.7432m+1.2192m)=1.585m0.1×B=0.1×9.7536=0.97536m不少于0.9144ma=0.97536ma/4=0.97536/4=0.244m拐角长度=2a=2×0.97536m=1.951m屋顶区域2乘系数的风荷载=1.6P=1.6×(912N/m2)=1459N/m2屋顶区域3乘系数的风荷载=1.6P=1.6×(646N/m2)=1033N/m2乘系数的屋顶静荷载=0.9P=0.9×(718N/m2)=646N/m2⒈确定墙上的力⑴侧墙P侧墙=(区域5)-(区域6)=608N/m2+493N/m2=1101N/m2（内部）P拐角=(区域5E)-(区域6E)=828N/m2+639N/m2=1468N/m2（外部，拐角）力/墙=[P侧墙(1/2)(H)(B-2a)/2面墙]+[P侧墙(1/2)(B)(Hr)/2面墙]-[P侧墙(a)(a/4)/2]+[P拐角(B)(H)/2]+[P拐角(B)(a/4)/2]
⑵端墙P端墙=(区域1)-(区域4)=690N/m2+581N/m2=1271N/m2（内部）P拐角=(区域1E)-(区域4E)=948N/m2+772N/m2=1719N/m2（拐角）(3)屋顶P1= -912N/m2(区域2) P2=-646N/m2(区域3)[sin(14.03)]×[-912N/m2]= -221N/m2 [sin(14.03)]×[646N/m2]=157N/m2P1E=-1310N/m2（区域2E） P2E=-845N/m2（区域3E）[sin(14.03)]×[-1310N/m2]=-318N/m2 [sin(14.03)]×[845N/m2]=205N/m2来自屋顶的全部风荷载=-[sin(14.03)]×[-912N/m2]-[sin(14.03)]×[646N/m2]=221N/m2-157N/m2=65N/m2（典型）来自屋顶拐角的全部风荷载=-[sin(14.03)]×[-1310N/m2]-[sin(14.03)]×[845N/m2]=318N/m2-205N/m2=113N/m2（拐角）力/墙=[P内部×(H)×(1/2)×(L-2×2a)/2面墙]+[P拐角×(H)×(1/2)×(2a)]+[来自屋顶的全部风荷载×(Hr)×(L-2×2a)/2面墙]+[来自屋顶拐角的全部风荷载×(H)×(2a)]=[(1271N/m2)×(2.7432m×0.5)×(15.24m-2×1.951m)/2面墙]+[(1719N/m2)×(2.7432m×0.5)×(1.951m)]+[(-65N/m2)×(1.2192m)×(15.24m-2×1.951m)/2面墙]+[(-113N/m2)×(1.22m)×(1.951m)]=13764N/端墙然而，按照ASCE 7（42页，图6.4）：全部水平的剪力不应该比忽略屋顶表面风压力所确定的剪力小，因此，力/墙=[P内部×(H)×(1/2)×(L-2×2a)]+[来自屋顶的全部风荷载×(H)×(1/2)×(2×2a)]=(1271N/m2)×(2.7432m×0.5)×(15.24m-2×1.951m)+[(1719N/m2)×(2.7432m)×(0.5)×(2×1.951m)]=28964N/2面侧墙=14482N2.确定弦向力v侧墙=(11170N/2)/1.2192m长=4581N/mv端墙=(14482N/2)/1.524m长=4751N/m墙高=2.7432m最大弦向力=4751N/m×(2.7432m)=13034N柱子：采用2根89S41-0.84柱子，在1.22m处拉紧（Pall=21565N）3.压紧装置P=13034N把压紧螺栓固定到每块剪力墙板的每个端部上。从辛普森目录里选择带有15.875mm直径螺栓（Pall=14654N）的压紧装置，代号为S/HTT-1414654N压紧能力是如下计算的：Pall=19505N，针对1.37mm构件，带有14颗ST4.8螺钉。Pall=(787N/每颗螺钉)×(14)×(1.33)=14654N，针对0.84mm构件。二、剪力板的长度（侧墙）P=11269N/2块板=5635N/每个剪力墙按照IBC 2000的表2211.1(1)：Vn=4048N/2.5=1619N剪力板要求的长度=5635N×(0.3048m)/1619N=1.061m/每个剪力墙三、剪力板的长度（端墙）（图12-17）
图12-17P=14482N/2块面板=7241N/每个剪力墙按照IBC 2000的表2211.1(1)：Vn=4048N/2.5=1619N/带有152.4mm紧固件间距。剪力板要求的长度=7251N×(0.3048m)/1619N=1.363m/每个剪力墙（一）、用《说明性方法》（2001版）的要求校核上面的设计：在参考水准面上混凝土基础，一层的侧墙长度允许的范围（2001，表E13.1）最小=4.267m/1.21=3.526m（调整到位向B类）最大=24.384m/1.21=20.152m（调整到位向B类）在侧墙上要求的全高覆盖物最小长度（类型I）：最小=2.134m×(1.13)=2.411m（152.4mm紧固件间距）（2001，表E13.3）在端墙上要求的全高覆盖物最小长度（类型I）：最小覆盖物长度=2.4384m×(1.13)×(1/1.21)×(0.8)=1.822m（152.4mm紧固件间距）（2001，表E13.4）（位向B采用1.21调整系数，2.7432m墙采用1.13调整系数，平均屋顶高度＜4.572m采用0.8调整系数）采用2块1.219m长的剪力墙，边缘用152.4mm中心间距的ST4.2螺钉固定住11.11mmOSB。在端墙上全高覆盖物所需要的最小长度（类型I）：最小覆盖物长度=2.4384m×(1.13)×(0.8)×(1/1.21)=1.822m（位向B采用1.21调整系数，2.7432m墙采用1.13调整系数，平均屋顶高度＜4.572m采用0.8调整系数）由于这是类型II剪力墙，所以要校核所有系数的适用性：因为屋顶静荷载是大于527N/m2，并且墙静荷载不小于335N/m2，所以全高覆盖物的长度不能乘以（2001，表E12.1）里的任何系数。L=1.822m （边缘紧固件中心间距为152.4mm）采用2面1.524m长剪力墙，边缘用152.4mm中心间距的ST4.2螺钉固定住11.11mmOSB。表E13-1 允许侧墙长度的范围（在参考水平面上的一层混凝土地面）基本风速/km/hr位向A/B209位向C177193209支撑的基础建筑物端墙宽度/m允许的建筑物侧墙长度/mMinMaxMinMaxMinMax在参考水平面上的一层混凝土地面3.6583.04814.6303.04814.6303.04813.1064.8773.04819.5073.04819.5073.04817.6786.0963.04824.3843.04824.3843.35322.2507.3153.04824.3843.35324.3843.96224.3848.5343.04824.3843.65824.3844.57224.3849.7543.35324.3844.26724.3845.18224.38410.9733.96224.3844.87724.3845.79124.38412.1924.26724.3845.48624.3846.09624.384①1ft=0.3048mm,1mph=1.61km/hr表E13-3 I型拉紧墙板侧墙覆盖物长度要求基本风速位向A/B209位向C177193177支撑的基础建筑物端墙宽度/m在建筑物侧墙上的全高覆盖物的最小长度，L①②③/m只支撑屋顶/天花④3.6581.5241.5241.5244.8771.5241.5241.5246.0961.5241.5241.8297.3151.5241.8292.1348.5341.5241.8292.4389.7541.8292.1342.74310.9732.1342.4383.04812.1922.4382.7433.353一层和屋顶/天花⑤6.0962.4383.0483.3537.3152.7433.3534.2678.5343.3533.9624.8779.7543.6584.5725.48610.9734.2675.1826.09612.1924.8775.7916.706① 1ft=0.3048mm,1mph=1.61km/hr② 表格化的覆盖物长度是基于2.4384m墙高。对于2.7432m墙高，应该把表格化的数值乘以1.13。对于3.048m墙高，应该把表格化的数值乘以1.25。③ 表格化的覆盖物长度假设平均屋顶高度为10.0584m。对于平均屋顶高度等于或低于4.572m，应该允许把表格化的数值乘以0.8。④ 表格化的覆盖物长度假设152.4mm边缘螺钉间距。对于边缘螺钉间距不是152.4mm的情况，需要的长度应该允许乘以表E11-1里的调整系数，但最终覆盖物长度不应该小于1.524m。⑤ 适用于一层建筑物或二层建筑物的顶层。⑥ 适用于二层建筑物的底层。表E13-4 I型拉紧墙板端墙覆盖物长度要求基本风速位向A/B209位向C177193177支撑的拉紧墙建筑物侧墙宽度/m在建筑物端墙上的全高覆盖物的最小长度，L①②③/m只支撑屋顶/天花④3.6581.5241.5241.5244.8771.5241.5241.5246.0961.5241.5241.5247.3151.5241.5241.5248.5341.5241.5241.5249.7541.5241.5241.82910.9731.5241.8292.13412.1921.5241.8292.43815.2401.8292.4382.74318.2882.4382.7433.353一层和屋顶/天花⑤6.0962.4383.0483.6587.3153.0483.6584.2678.5343.3534.2675.1829.7543.9624.8775.79110.9734.2675.4866.40112.1924.8776.0967.31515.2406.0967.3158.83918.2887.3158.83910.668① 1ft=0.3048mm,1mph=1.61km/hr② 表格化的覆盖物长度是基于2.4384m墙高。对于3.048m墙高，应该把表格化的数值乘以1.25。③ 表格化的覆盖物长度是基于10.0584m的平均屋顶高度。对于平均屋顶高度等于或低于4.572m，应该允许把表格化的数值乘以0.8。④ 表格化的覆盖物长度假设152.4mm边缘螺钉间距。对于边缘螺钉间距不是152.4mm的情况，需要的长度应该允许乘以表E11-1里的调整系数，但最终覆盖物长度不应该小于1.524m。⑤ 适用于一层建筑物或二层建筑物的顶层。⑥ 适用于二层建筑物的底层。四、拉紧墙压紧锚栓从《说明性方法》（2001，表E12-2）得到要求的压紧锚栓力=15724N（2.7432m墙和152.4mm螺钉间距）。F=15725N/1.4=11232N [1.4系数来自《说明性方法》的（2001，表E12-2）表E12-2 要求的压紧锚栓①和弦杆柱子能力要求的压紧锚栓和弦杆柱子能力/N墙高度/m板边缘螺钉间距/mm152.4101.676.250.82.438140121837125666327612.743157242061828780367203.048174372284231894407011ft=0.3048mm,1mph=1.61km/hr①当公布的能力超出了允许荷载时，应该允许把锚栓要求除以1.4。