雙肢剪力墻的受力特點(diǎn)及延性破壞機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

石永峰

（石嘴山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限公司 寧夏 石嘴山 753000）

0 引言

連梁是雙肢剪力墻的重要構(gòu)件。它主要有兩方面的作用：（1）影響剪力墻的整體剛度；（2）作為剪力墻抗震的第一道塑性耗能構(gòu)件，吸收地震能量。 由雙肢剪力墻的破壞機(jī)制可知：連梁的剛度、高跨比、承載力對剪力墻的承載能力和抗震能力均有影響。

1 雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1.1 連梁的破壞形態(tài)

1.1.2 斜壓破壞。當(dāng)梁中縱筋和箍筋配置較多時(shí)，隨著荷載的增加，梁被彎曲裂縫和斜裂縫劃分成多個(gè)傾斜的混凝土壓桿。當(dāng)荷載達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，梁中較薄弱的一端混凝土突然剝落，連梁即宣告破壞，但此時(shí)縱筋和箍筋均未達(dá)到屈服應(yīng)力，仍可繼續(xù)承載。

1.1.3 剪切-滑移破壞。當(dāng)箍筋抗剪能力較縱筋抗彎能力大的多時(shí)，鋼筋縱筋屈服后，最早出現(xiàn)的豎向裂縫不斷延伸并加寬使混凝土受壓區(qū)減小，而斜裂縫并未充分發(fā)展。最后在反復(fù)荷載下受壓區(qū)混凝土壓碎，水平縱筋的銷栓作用不能抵擋截面的剪力時(shí)，沿某條豎向裂縫發(fā)生剪切-滑移破壞，但此時(shí)箍筋并未屈服。

1.1.4 彎剪破壞。當(dāng)縱筋和箍筋配置比例合適時(shí)，隨荷載的增加，彎曲裂縫和彎剪裂縫逐漸向梁端受壓區(qū)延伸，使剪壓區(qū)不斷減小，同時(shí)出現(xiàn)新裂縫。 最后，剪壓區(qū)混凝土在復(fù)合應(yīng)力作用下達(dá)到破壞強(qiáng)度而壓碎。 此時(shí)，縱向受拉縱筋首先屈服，箍筋其次屈服。

1.2 雙肢剪力墻的受力特點(diǎn)

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，雙肢剪力墻的受力特點(diǎn)與整體工作系數(shù)α 有關(guān)：

1.2.1 雙肢剪力墻的側(cè)移曲線呈彎曲型。α 值愈大，墻的剛度愈大，側(cè)移愈小。

1.2.2 連梁的剪力分布具有明顯的特點(diǎn)：剪力最大（也是彎矩最大）的連梁不在底層，它的位置及大小隨α 值改變。 當(dāng)α 值增大時(shí)，連梁剪力增大，且剪力最大的梁出現(xiàn)的樓層也將下移。

1.2.3 墻肢的軸力與α 值有關(guān)。因?yàn)閴χS力即該截面以上所有連梁剪力之和，當(dāng)α 值增大時(shí)，連梁剪力增大，軸力必然增大。

1.2.4 墻肢的彎矩與α 值有關(guān)。 α 值愈大，墻肢彎矩愈小。

各平臺較強(qiáng)的資源建設(shè)與數(shù)據(jù)加工能力保障了內(nèi)容的更新速度與內(nèi)容的有效持續(xù)供給，同方知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、維普資訊等平臺資源情況如表8-表10。

2 雙肢剪力墻延性破壞機(jī)構(gòu)

2.1 延性破壞機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

根據(jù)上述的雙肢剪力墻的破壞機(jī)構(gòu)和連梁的破壞形式可以知道，設(shè)計(jì)中需要的是發(fā)生破壞時(shí)連梁先于剪力墻破壞。它的特點(diǎn)是連梁能夠充分發(fā)揮能力，即在連梁上首先出現(xiàn)塑性鉸來吸收地震能量，以減小墻肢承受的外力，避免受到嚴(yán)重的破壞。同時(shí)，要求連梁自身發(fā)生彎剪破壞，發(fā)揮材料最大的承載力。 所以要求雙肢剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循“強(qiáng)墻弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”的延性設(shè)計(jì)原則。

要設(shè)計(jì)“強(qiáng)墻弱梁”的雙肢剪力墻，首先，要保證墻肢不過早地發(fā)生脆性的剪切破壞，即要設(shè)計(jì)延性的墻肢；其次，應(yīng)使連梁早于墻肢屈服；同時(shí)，盡可能避免連梁過早出現(xiàn)脆性的剪切破壞，使連梁發(fā)生彎曲破壞早于剪切破壞，即要設(shè)計(jì)延性的連梁。 這才符合“強(qiáng)墻弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”的全部要求。

2.2 延性設(shè)計(jì)在現(xiàn)行規(guī)范中的表現(xiàn)

在延性雙肢剪力墻中，延性連梁的設(shè)計(jì)是主要矛盾。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010 和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002對連梁內(nèi)力做出了以下調(diào)整：

2.2.1 連梁彎矩設(shè)計(jì)值的調(diào)幅。 連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅，降低彎矩較大的連梁以改善其延性。調(diào)幅后的彎矩設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于風(fēng)荷載作用所得的彎矩設(shè)計(jì)值，或不低于比設(shè)防烈度低一度的地震作用計(jì)算所得的彎矩設(shè)計(jì)值，且不應(yīng)小于調(diào)幅前彎矩的0.8 倍（設(shè)防烈度6～7 度）或0.55 倍（設(shè)防烈度8～9 度）。

2.2.2 連梁剪力設(shè)計(jì)值的調(diào)整。無地震作用組合以及有地震組合的四級抗震等級時(shí)，取考慮水平荷載組合的剪力設(shè)計(jì)值；對跨高比大于2.5的連梁，有地震作用組合的一、二、三級抗震等級時(shí)，連梁的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式進(jìn)行調(diào)整：

9 度時(shí)尚應(yīng)符合：

2.2.3 連梁的剛度可折減，折減系數(shù)不宜小于0.50

雖然延性連梁的設(shè)計(jì)是主要矛盾，但是延性墻肢是保證整棟結(jié)構(gòu)安全抗震的關(guān)鍵。所以《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010 和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002 也對剪力墻墻肢內(nèi)力做出了以下調(diào)整：

1）一級抗震等級時(shí)的剪力墻，其加強(qiáng)部位上及以上一層，應(yīng)按墻肢底部截面組合彎矩設(shè)計(jì)值采用；其他部位，墻肢截面的組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)，其值可取1.2。

2）雙肢剪力墻中，墻肢不宜出現(xiàn)小偏心受拉。 當(dāng)任一墻肢為大偏心受拉時(shí)， 另一墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。

3）剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)的剪力設(shè)計(jì)值Vw，一、二、三級抗震等級時(shí)應(yīng)按下式調(diào)整：Vw=ηvwV′w；9 度時(shí)尚應(yīng)符合：

Vb=1.1（Mwua/Mw）V′w

式中：Mwua為剪力墻底部按實(shí)配鋼筋計(jì)算的考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)的正截面受彎承載力值；Mw、V′w為考慮地震作用組合的剪力墻計(jì)算部位的彎矩設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值；ηvw為剪力增大系數(shù)， 一級為1.6，二級為1.4，三級為1.2。

除了現(xiàn)行規(guī)范在延性設(shè)計(jì)方面對墻肢和連梁的內(nèi)力進(jìn)行調(diào)幅，近年根據(jù)大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和理論試驗(yàn)研究， 若滿足以下三點(diǎn)要求，則可更好保證雙肢剪力墻符合“強(qiáng)墻弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則：

1）盡量設(shè)計(jì)高寬比大于2 的墻肢。

2）除了連梁的剛度要滿足判定雙肢剪力墻1≤α＜10 外， 還要注意連梁與墻肢剛度比在0.14～0.40 之間，α 在2.89～8.64 之間時(shí)對抗震性能有良好的影響。

3）跨高比1.43 的連梁能較好的符合延性設(shè)計(jì)原則。

3 目前延性設(shè)計(jì)方法的不足

對于以上規(guī)范中墻肢和連梁的調(diào)幅方法， 尤其是增大系數(shù)的確定，都是根據(jù)大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)得出的，其理論根據(jù)或?qū)嶒?yàn)支持較少，因此可以稱為是由經(jīng)驗(yàn)法確定的延性設(shè)計(jì)方法。 雖然經(jīng)驗(yàn)法目前仍在使用并在規(guī)范中進(jìn)行規(guī)定，但這種方法是否完全合理，增大系數(shù)的確定是否完全正確， 經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)法調(diào)幅后結(jié)構(gòu)是否能夠保證安全，經(jīng)驗(yàn)法在何種情況下適用等問題， 都沒有足夠的理論支持或?qū)嶒?yàn)支持。這是目前經(jīng)驗(yàn)法最大的不足。

4 結(jié)束語

總之，雙肢剪力墻是高層建筑經(jīng)常使用的承重結(jié)構(gòu)形式之一。 在剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，保證剪力墻符合“強(qiáng)墻弱梁”且連梁符合“強(qiáng)剪弱彎”的延性設(shè)計(jì)是重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。

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