第五章高层建筑结构 5.4 壁式框架分析D值法

壁式框架 (Wall Frame)：当剪力墙洞口尺寸很大，且洞口上下梁（连梁）刚度与洞口侧边墙（墙肢）刚度比较接近时，剪力墙的受力特点接近于框架，这类剪力墙称为壁式框架。
刚臂 (Rigid Arm)：在壁式框架中，墙肢与连梁交接区（节点重叠区）的刚度极大，这一刚域的影响在杆系模型中采用刚度无限大的刚臂来反映。
带刚臂框架：仍采用杆系模型，取墙肢和连梁截面形心线为梁柱轴线，利用刚臂模拟刚域，并采用修正后的框架分析方法计算内力。

对比维度	普通框架	壁式框架
尺寸效应	梁柱截面高度较小，不考虑梁柱尺寸效应。	梁柱截面尺寸大，必须考虑梁柱尺寸效应。
刚域影响	采用一般杆系结构，不考虑节点刚域。	必须考虑墙肢与连梁交接区刚域对杆件刚度和反弯点位置的影响，引入刚臂。
剪切变形	杆件截面高宽比较大，通常忽略剪切变形。	杆件截面高度大，建立转角位移方程时必须考虑剪切变形的影响。
分析模型	标准杆系结构力学分析模型。	带刚臂框架模型（轴线仍取截面形心线）。

根据交接区几何形体关系确定刚臂长度，若算得的刚臂长度为负值，则取为零：

对于梁（水平向刚臂）：
$a_1 = \frac{b_c}{2} – \frac{h_d}{4}, \quad a_2 = \frac{b_c}{2} – \frac{h_d}{4}$
对于墙肢（竖向向刚臂）：
$c_1 = \frac{h_b}{2} – \frac{b_d}{4}, \quad c_2 = \frac{h_b}{2} – \frac{b_d}{4}$

考虑剪切变形影响的等效抗弯线刚度，带刚臂柱的抗侧刚度公式为：
$D = a \frac{12i}{h^2} \times \frac{c+c’}{2}$
(其中 $i = EI/l$ 为等截面部分线刚度；$a$ 为考虑剪切变形及刚臂影响的抗侧刚度修正系数)。

通过标准高度比及多项层高、刚度修正值综合确定：
$yh = (a + s y_0 + y_1 + y_2 + y_3)h$

剪力集度：整体性系数 $\alpha$ 越大，剪力集度越大，且最大剪力集度发生的位置越往下降。
连梁总剪力与墙肢弯矩（局部弯矩）：
- $\alpha$ 越大，连梁总剪力（即墙底截面墙肢轴力）越大，而墙肢局部弯矩则越小。
- 当 $\alpha < 1$（极小）：墙肢弯矩与外弯矩极接近，受力特性类似于两个独立的竖向悬臂构件。
- 当 $\alpha > 10$（极大）：墙肢弯矩极小，外弯矩几乎全部由墙肢轴力产生的力偶抵抗，受力特性类似于一个整体的竖向悬臂构件。
反弯点：墙肢弯矩存在一个反弯点，其位置随整体性系数 $\alpha$ 的增大而下降。

弯矩“锉平”误差：连续化方法将墙肢弯矩实际分布的“锯齿”给“锉平”了，它代表的仅是楼层内的平均弯矩。当整体性系数 $\alpha$ 很大时，这种“锉平”误差相对较大。
框架行为失真：当洞口很宽、墙肢刚度很小时，虽然整体性系数 $\alpha$ 很大，但剪力墙的实际受力性能应当趋近于框架（墙肢会出现反弯点），而连续化方法无法反映这一接近框架的受力特点。

若连梁的截面高度 $h_b$ 极小（如平板楼盖），算得的柱顶刚臂长度 $c$ 为负值并取为零，此时壁式框架的受力特性在物理上会退化为什么经典结构？