有为的推进在剪墙壁设计： 更新剪价值、长宽比作用和漂泊预言 由杰伊・ Crandell， P.E。
NAHB Research Center， Inc。 您想知道某些数字、极限和设计价值何处来自用建筑条例？ 它是有趣的考虑此问题在今天建筑条例和工程学规格找到的单位剪墙壁设计价值中[1] [2] [3] [4] [5] [6]。 或许您理当如此这些临界值在建筑条例是准确的。 他们为什么不会是？ 他们一定提供了有用的设计许多年。 或者有他们？ 当有些轶事关于建筑条例历史和供应是可笑的时，其他该当更加周道的反应，特别是当新的数据向老挑战时。 此条款集中于需要校正单位存在了用建筑条例，不用看得出的变动从时间他们在50年代首先被介绍的剪价值的依据。 此条款意向不是完全报道剪墙壁设计和其历史题目，而是宁可带给一些重大剪墙壁设计结果住宅设计专家的关注根据最近研究研究结果。 它假设，这个读者熟悉剪墙壁的现有的代码和设计实践在轻的构成建筑。 被提出的许多信息根据剪墙壁测试在美国在过去几年被举办在NAHB Research Center， Inc.并且在海外几个大学和民办的实验室和。 为另外的研究提供技术资源和材料给的参考在此条款。 背景在剪墙壁设计 光框架大厦典型地使用木结构盘区覆盖被紧固对反复成员构筑提供一个充分侧力抵抗的系统 (LFRS)给承受地震和风力载荷。 所以，单位用于这些系统设计的剪价值对一个工程分析和设计的准确性和效率至关重要为LFRS光框架大厦。 也有与单位剪价值间接地连接的许多其他设计结果。 主要问题包括长宽比作用的考虑对剪墙壁表现(即容量和漂泊)，连接力量(即压制克制)和分布的装载方式到包括LFRS的各种各样的剪墙壁段大厦。 传统剪墙壁设计(‘段’方法)
单位剪价值命令相当数量剪根据相当数量要求的墙壁支撑侧向装载(在飞机剪)被抵抗，指定的木结构盘区覆盖的种类和指定的紧固的日程表。 单位剪价值也影响防止剪墙壁转动的和不维护的平衡在应用的侧向大厦装载之下的连接将抵抗的克制的力量。 基本原则在简单的剪墙壁段模型被展示图1。 此模型是常用的在当前工程学实践设计墙壁段在木构成建筑中抵抗侧向装载。 在此简单的方法，贡献的作用从不作为“被设计的”部分的各种各样的连接和墙壁部分LFRS被忽略。 所以，而这个方法提供简单的分析，它为冲击constructability和费用的每剪墙壁段要求更加了不起的相当数量连接硬件。 剪墙壁设计此方法是最适当为沉重被装载的木头框架墙壁和那些与有效地打破墙壁线段的许多大开头。 例子是剪墙壁段设计对比上面屋顶装载支持更多一个车库开头的任一边。 在其他较不过分要求的情况下此过程比必要的将倾向于提供一个保守的设计以更加了不起的相当数量压制硬件。 此方法在许多技术资源在剪墙壁设计[5] [6] [7]被描述[8] [9]。  图1 基于技工的剪墙壁(设计方法)
此方法是传统“被分割的”剪墙壁设计方法的引伸或提炼。 它允许剪墙壁被设计，当占无用负载和墙壁的结构被覆盖的部分的作用在开头上下时。 这个方法完全地依靠刚体行为的做法允许根据工程学机械工原则的分析和对自由身体图的用途。 方法的主要好处是其能力提供手段计算剪墙壁抵抗和力量使用熟悉的工程学原则，当论及极大离开被分割的模型图1.的许多剪墙壁设计情况时。 其缺点包括刚体做法、力量的发生的发行和也许要求适合建设到式样假定的程度详述。 比‘被分割的’设计方法需要要求更加严谨的分析这个方法。 这个方法在至少一个来源[10]被出版。 穿孔的剪墙壁方法(Empirically-based设计)
剪墙壁抵抗与无限制的开头可以取决于与合理的准确性(即± 5%)一个经验主义的方法以穿孔的剪墙壁 (PSW)方法[11] [12] [13著名] [14] [15]。 许多最高效率的工程设计方法依靠经验主义的调整到古典工程学机械工原则。 一个光辉的榜样是设计方法为实际内应力发行离开一个古典线性有弹性模型的钢筋混凝土射线[16]。 另一个好例子在引力定律被找到，重力吸引根据一个经验主义的等式完全地被确定，因为引力的物理依据或宪法不知道。 由于木材料和连接非线性行为，木剪墙壁显示非线性行为在内应力发行和在全球性装载变形特征。 这解释严密的基于技工的方法的无能同意长的剪墙壁经验主义的证明测试以各种各样的开头和克制情况[14] [15]。 PSW方法是非常直接的和只要求一条充分被覆盖的墙壁线与穿孔为窗口和门被克制在末端与构筑在更低的容量剪墙壁[17的]压制托架或充分角落。 要确定剪围住容量，是需要的是单位剪价值为剪墙壁建设、墙壁开头区域，充分高度墙壁段的长度和墙壁的整体长度的全部。 这些价值是输入到给整体墙壁容量，不用对内部连接详述或压制的用途的一个简单的二步等式。 墙壁容量是较少比什么将获得与被分割的剪墙壁方法，但是需要少量压制托架。 使用基于技工的方法是相似的于那被确定的容量，但是这种方法是更加简单和更加准确的。 基本的剪连接设计和外在垂直的装载(即风进步)由常规设计分析处理。
木剪墙壁设计价值： 与老，与新？ 当现有数量剪价值为木剪墙壁在50年代首先被介绍了入建筑条例，有非常少量测试可利用确定实际高峰剪墙壁容量。 为补救此情况，钉子容量理论被用于获得单位剪价值。 然而，因为钉子抵抗理论没有考虑到被钉牢的连接，非线性，无弹性的行为价值不代表剪墙壁最高容量。 此情况发生了，因为钉子容量根据在最高容量之前发生，特别当使用作为紧固件系统在剪墙壁上的变形极限州。 实际上，多数初期钉子剪试验从未甚而被采取了对容量失败形式。 从50年代许多剪墙壁测试增加了一个极大数量有被申请于校正更旧的单位剪价值和设计实践的知识。 整体上，测验数据从这些来源一贯地证实二个重大结论： 从剪墙壁测验数据和设计价值，特殊FEMA 273 [18]和APA 154 [19的]可利用的来源，剪墙壁设计价值在表1.根据最高容量平均聚集。 某些细胞表1比其他有更多测试复制由各种各样的来源。 最后单位剪价值，当由安全因素2.5划分，高于用当前建筑条例找到的那些显着除覆盖和钉牢日程表的高容量之外，一些价值有一点减少。 修改过的种类(密度)调节因素在脚注(d)没有包括表1，因为对这些因素的适当的变动不完全地被解决了。 这时，最巨大的减少按单位调整的剪价值为低密度木种类(即比重少于0.42)可能将是在0.7到0.9，没有0.65范围内如当前被找到在建筑条例要求。 并且，剪价值为2英寸边缘钉子间距和覆盖在表1被删除了从APA 154数据表示，价值比那些不伟大为三英寸间距(至少为有限测试可利用在此情况)。 此行为在测验数据也许归因于一种不同的失败形式的可能的起始(即失败由覆盖的力量限制而不是钉子容量)。 新怎么样光测量钢剪墙壁价值？ 价值在表1与剪墙壁价值是一致的现在认可为光测量钢剪墙壁使用木结构剪盘区[2]。 提出的抗性因子0.55和安全因素2.5也是一致的。 新的价值为光框架钢剪墙壁根据一个综合剪墙壁测试程序被举办在大学圣塔克来拉[20] [21]。 价值与穿孔的剪墙壁测试是一致的也光测量钢构筑被举办在NAHB Research Center， Inc. [22]。 另外的穿孔的剪墙壁测试当前进行在光测量铁造的剪墙壁在弗吉尼亚Tech。 当单位剪墙壁价值为木和铁造的剪墙壁实际上是可比较的时，有某些是超出此条款的范围之外要考虑的好处和缺点为每材料选择。 长宽比作用对单位剪价值 价值在表1与剪墙壁长宽比是相关的1/1 (即， 8英尺高和8英尺长)。 所以，占的方法长宽比作用对单位剪墙壁剪容量以长宽比伟大比1:1 (即剪墙壁段高度伟大比长度)在脚注(b)被开发了并且包括表1。 长宽比调整等式从测验数据的各种各样的来源当前经验为主地获得在回顾中由NEHRP地震供应更新的木技术小组委员会为这个年-2000。 此等式符合数据在表通常代表的情况的范围1准确性在5%之内并且陈列轻微的保守的偏心。 适合为实用设计目的是非常好。 根据基于表现的设计，这个概念是相当简单的。 越伟大长宽比越少容量和僵硬。 以占的正确设计原则这些作用，这个问题变自已限制，并且任意极限在长宽比变得有些需讨论。 例如，如果更多需求从剪墙壁是需要的，更长的墙壁段或狭窄的墙壁段的一个更加了不起的数字将是需要的抵抗装载以充分整体容量和僵硬。 这个设计根据符合必要的性能目标然后。 因此，在脚注(b)应该如所需要观看当前代码局限在剪墙壁段长宽比安置持有人直到更好，基于表现的解答被开发，例如给表1。 剪墙壁漂泊的预言 木剪墙壁的当前设计实践共同地忽略明确漂泊和僵硬演算，因为它被相信单位剪价值本质上地提供充分僵硬并且遇见必需的漂泊局限。 在表通常分别为正确的为当前代码批准的剪墙壁设计价值并且为那些提议的此假定1与析因与仅脚注(a)符合，但是为长宽比不超出关于2:1或1:1。 如果长宽比局限将被去除倾向于一种基于表现的方法，剪墙壁的作用在僵硬分割长宽比，并且在设计过程中必须明白地也定义漂泊。 为此，最近剪墙壁测验数据也被学习开发方法学确定装载漂泊关系为剪墙壁。 以下经验主义的漂泊等式被开发预言剪墙壁段漂泊为装载从零由最高容量决定： 
上述漂泊等式可能也解决给剪墙壁段装载的略计在一定量漂泊如下： 
那里标志被定义作为以前，并且h有脚单位。 这两个等式的设计分枝是重大的。 他们本质上提供木框架剪墙壁段的非线性装载漂泊行为的一个完全预言。 漂泊等式准确性通常在10%之内并且陈列倾向在预言漂泊。 被用于的数据开发漂泊等式包含各种各样的测试和在实验室情况安装的连接硬件。 从设计应用立场，式1可以被用于确定根据任何数量的需求的所有独立剪墙壁段漂泊不超出剪墙壁段的最高容量。 当然，漂泊预言也许根据克制连接的装载变形特征变化，在连接也许导致最后的“自由游戏”的相当数量木收缩和设施质量。 特别当剪墙壁段接受另外的克制从无用负载，从构筑在毗邻墙壁开头上下的墙壁和从不用于结构上的墙壁组分，倾向式1过高估计漂泊将倾向于抵销这些关心。 在单调(非循环的)测试，进一步过高估计漂泊的内部石膏墙板起因式1的贡献。 所有事被考虑的，这些不确定性和复杂化不形成新的挑战剪墙壁漂泊的预言，并且式1是一套合理，基于经验主义的设计工具与适当的准确性为一般应用。 式2提议对某些的简单溶体剪墙壁设计的更加困难的方面，当考虑在大厦的LFRS的水平。 式2允许剪墙壁段的反应确定与非线性僵硬特征由点最高容量决定。 因此，式2在根据他们的相对僵硬和假设的一条特定剪墙壁线可以被用于分布装载到各种各样的剪墙壁段偏折为每段是等效的。 的确，如果各自的剪墙壁段用墙壁构筑的成员，适当地连接此假定一定是接近准确。 并且，力量在墙壁构筑的成员在不同的装载漂泊特征的剪墙壁段之间也许也确定与合理的准确性。 这些设计作用通过比较是密切相关到僵硬剪墙壁的相对力量传统上演讲了。 通过使用式2，装载漂泊典型为每段在剪墙壁线可以是坚定然后叠加使用简单的手演算或计算机报表确定装载偏折典型为整个剪墙壁线由多段组成。 此过程在结构的LFRS在根据僵硬的一个特定故事水平上可能为所有选定的剪墙壁线容易地被重复和被用于分布力量，以便故事漂泊由于翻译和扭力能合理地被确定。 力量的发行和平移和扭转力故事漂泊可能为所有装载然后被预言由侧力抵抗的系统的最高容量决定。 全球性剪墙壁行为非线形性占在式1和2。 附录A提出一个报表用途实例式2确定剪墙壁容量为在表2.有三剪墙壁段以不同方面比率显示的墙壁线。 顶面曲线是‘总和’的独立剪墙壁段’装载漂泊曲线如由Equation 2代表(乘以每个段宽度， w，工作在装载单位而不是单位荷载)。 通过使用新的单位剪价值从表1 (在这种情况下905 lbs/ft)和调整为每段根据其长宽比， Equation给的非线性反应2在设计过程中可以容易地容纳确定一条整个墙壁线的行为由最高容量决定。 此方法在长宽比也消灭需要有任意极限。 一些最后的想法 被描述的应用上面主要集中于以前被描述的传统被分割的剪墙壁设计方法。 所以，来自墙壁的部分不是指定的剪墙壁段的贡献在此方法被忽略。 同样地，这种方法在极大离开简单的剪墙壁段模型图1.的典型的设计情况将倾向于低估实际容量和过高估计实际漂泊为真正的LFRS。 穿孔的剪墙壁方法，许多最近研究焦点，有更加巨大的诺言在解决此问题，因为它在确定剪墙壁线的行为夺取总墙壁。 单位剪墙壁价值在表1是可适用的用于穿孔的剪墙壁方法。 在不久的将来，它预计根据穿孔的剪墙壁方法的原则漂泊等式为应用在设计将被开发。 它可能将演讲剪墙壁的这些类型漂泊行为以非常准确方式。 设计推荐 - 尝试单位剪价值在表1在设计项目并且与您的当前设计实践比较结果。 这是单位剪价值的一个简单的代替。
- 带给此条款事项您的地方建筑部门和计划评论者的关注。 寻找认同为使用，如果必须，并且得到也许对证实必需的所有另外的参考。
- 使用装载漂泊等式(式1和2)确定木剪墙壁的装载漂泊特征和确定力量发行在LFRS在一个特定故事水平上。 与当前实践比较结果。
- 熟悉穿孔的剪墙壁方法的用途和应用。 如果它已经不是批准的用于您的区域，寻找协助从美国森林&纸协会(202-463-2700)，美国木委员会(202-463-2700)，美国钢铁学院(1-800-898-2842)，或者NAHB Research Center， Inc. (1-800-898-2842 ToolBase热线)。
表1 ： 平均最后剪抵抗(lb/ft)为风或地震力量在结构用途盘区剪墙壁与构筑道格拉斯冷杉、落叶松属或者南Pinea， b， c， d， e， f 盘区等级 | 有名无实的盘区厚度() | 极小的钉子渗透在构筑() | 被应用的盘区指挥到构筑 |
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钉子大小(共同性或Galv。 箱子) | 钉子间距在盘区渐近() |
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6 | 4 | 3 | 2 (e) |
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结构1 | 5/16 | 1 1/4 | 6d | 821 | 1122年 | 1256年 | 1333年 |
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3/8 (h) | 1 1/2 | 8d | 833 | 1200年 | 1362年 | 1711年 | 7/16 (h) | 1 1/2 | 8d | 905 | 1356年 | 1497年 | 1767年 | 15/32 | 1 1/2 | 8d | 977 | 1539年 | 1722年 | 1800年 | 15/32 | 1 5/8 | 10d (g) | 1256年 | 1701年 | 1963年 | 2222 | 覆盖(i) | 1/4或5/16 | 1 1/4 | 6d | 695 | 781 | 1034年 | -- |
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3/8 | 1 1/4 | 6d | 737 | 888 | 1143年 | -- | 3/8 (h) | 1 1/2 | 8d | 777 | 978 | 1362年 | -- | 7/16 (h) | 1 1/2 | 8d | 800 | 1000年 | 1497年 | -- | 15/32 | 1 1/2 | 8d | 913 | 1155年 | 1578年 | -- | 15/32 | 1 5/8 | 10d (g) | 929 | 1526年 | 1651年 | -- | 19/32 | 1 5/8 | 10d (g) | 1111年 | 1667年 | 1858年 | -- |
表笔记：
(a)价值是平均最后剪容量，并且乘以抗性因子f = 0.55与时间作用因素l = 1.0为装载和抗性因子设计荷载组合。 表价值将由安全因素2.5划分为使用与安全应力设计荷载组合。 为单身家庭的住宅，价值乘将以抗性因子0.7为使用与LRFD装载组合。 表价值将由安全因素2.0划分为使用与ASD装载组合。
(b)价值适用于长宽比， h/w，没有很大地比1/1。 为h/w比率很大地比1/1，被制成表的价值取决于将以下等式：
那里：
v =析因的最后剪抵抗-表1价值调整了与脚注(a)符合
析因的最后剪抵抗调整为长宽比的v'=
a = h/w，剪墙壁段(盘区)长宽比。
(c)所有盘区边缘支持与2英寸有名无实或宽构筑。 盘区水平地或垂直安装了。 空间钉子在6英寸在中心沿中间构筑的成员为3/8英寸盘区安装与强的轴平行与螺柱在中心在中心间隔了24英寸和12英寸其他情况和盘区厚度。
(d)为构筑其他种类，倍增表价值如下： 0.82为0.42 <= G < 0.49或0.65为种类与G < 0.42 G是比重的地方。
(e)价值是为盘区在墙壁的一边。 价值在双方将被允许为盘区被加倍。 那里盘区是应用的在墙壁的两张面孔，并且钉子间距少于6英寸在任何一方是在中心，盘区联接将被抵销跌倒不同的构筑的成员或构筑将是3英寸有名无实或更宽和钉子在联接的每边将摇摆。
(f)构筑在毗邻盘区边缘将是3英寸有名无实或更宽和钉子将摇摆钉子在中心的地方被间隔2英寸。
构筑在毗邻盘区边缘的(g)将是3英寸有名无实或更宽和钉子将摇摆10d钉子有渗透到构筑超过1-5/8英寸里被间隔3英寸或较少在中心的地方。
(h)价值3/8英寸和7/16英寸盘区被应用直接地于构筑在中心被允许增加到显示的价值为15/32英寸盘区提供了螺柱被间隔最多16英寸或盘区应用与强的轴横跨螺柱。
(i) ‘覆盖’包括覆盖和盘区房屋板壁。 参考 [1] BOCA National Building Code， Building Officials和Code Administrators ・ International， Inc. (BOCA)，乡村俱乐部Hills，伊利诺伊1999年。
[2]一致的建筑条例，修造Officials国际会议 (ICBO)， Whittier，加利福尼亚1997年。
[3] standard Building Code， Southern Building Code Congress ・ International， Inc. (SBCCI)，伯明翰，阿拉巴马1997年。
[4]装载和抗性因子设计指南为设计的木建设，结构用途盘区补充， APA -设计的木Association，塔科马，华盛顿1996年。
[5]木框架建设指南为一和二家庭住宅- 1995 SBC大风编辑、美国森林&纸协会，美国木委员会，华盛顿特区， DC 1996年。
[6]标准为飓风抗性住宅建设- SSTD 10-97， Southern Building Code Congress ・ International， Inc.，伯明翰，阿拉巴马1997年。
[7] Beyer， Wood Structures， Third Edition， McGraw小山， Inc.纽约， NY的唐纳德E.设计1993年。
[8] Hoyle，罗伯特J.、Jr.和Woeste， Frank E.木技术在结构设计，第五编辑，衣阿华州立大学出版社，艾姆斯，衣阿华1986年。
[9] Ambrose、詹姆斯和Dimitry Vergun。 为侧力， John Wiley ・ & Sons， Inc.，纽约， NY设计1987年。
[10]木建设和工程学手册，第8章： 膜片和Shearwalls，由E.D. Diekmann。
[11] Dolan、J.D.和A.C.约翰逊，长的剪墙壁单调测试与开头，报告TE-1996-001，弗吉尼亚工学院和州立大学，溪林产品研究中心， Blacksburg， VA 1997年。
[12] Dolan、J.D.和A.C.约翰逊，长的剪墙壁循环测试与开头，报告TE-1996-002，弗吉尼亚工学院和州立大学，溪林产品研究中心， Blacksburg， VA 1997年。
[13]穿孔的剪墙壁表现与狭窄的墙壁段，减少的基本的克制和选择构筑的方法，准备为美国住房和城市发展部门由NAHB Research Center， Inc.，上部Marlboro， MD 1998年。
[14] Dolan、J.D.和C.P. Heine，木头框架剪墙壁单调测试以各种各样的开头和基地克制情况，报告TE-1997-001，弗吉尼亚工学院和州立大学，溪林产品研究中心， Blacksburg， VA 1997年。
[15] Dolan、J.D.和C.P. Heine，木头框架剪墙壁连续被逐步采用的位移循环测试以各种各样的开头和基地克制情况，报告TE-1997-002，弗吉尼亚工学院和州立大学，溪林产品研究中心， Blacksburg， VA 1997年。
[16]结构混凝土(ACI 318-95)和评论，美国具体学院， Farmington小山， MI的建筑条例要求1996年。
[17] Dolan、J.D.和C.P. Heine，木头被构筑的剪墙壁连续被逐步采用的位移测试与角落，报告TE-1997-003，弗吉尼亚工学院和州立大学，溪林产品研究中心， Blacksburg， VA 1997年。
[18]指南为大厦的地震修复， FEMA报告273，联邦紧急管理代办处，华盛顿特区， DC 1997年。
[19]结构盘区剪墙壁，研究报告154，美国胶合板协会，塔科马， WA 1993年。
[20] Serrette、Reynaud、Georgi霍尔和Joang Ngyen。 剪墙壁价值为轻量级钢构筑。 圣塔克来拉大学，圣塔克来拉， CA 1996年。
[21] Serrette， Reynaud，等另外的剪墙壁价值为轻量级钢构筑。 圣塔克来拉大学，圣塔克来拉， CA 1997年。
[22] Cold-Formed钢剪墙壁单调测试与开头，准备为美国住房和城市发展部门和美国铁、钢学院和建屋者的全国协会由NAHB Research Center， Inc.，上部Marlboro， MD 1997年。
附录A | 
