談鋼筋混凝土剪力墻的破壞

郭 迎 春

(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

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談鋼筋混凝土剪力墻的破壞

郭 迎 春

(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

介紹了剪力墻的概念，從軸心受壓或偏心受壓、軸心受拉或偏心受拉、偏心受壓或偏心受拉斜截面受剪承載力三方面，分析了剪力墻的破壞特點，闡述了剪力墻在結(jié)構(gòu)體系中的受力及在各種結(jié)構(gòu)體系中的布置形式。

剪力墻，鋼筋混凝土，斜截面，受拉構(gòu)件

0 引言

結(jié)構(gòu)的整體破壞，首先是構(gòu)件的破壞。剪力墻在結(jié)構(gòu)體系中是非常重要的受力構(gòu)件，而混凝土又是非常普遍的基建材料，所以弄清楚混凝土剪力墻的破壞形式有哪些，混凝土剪力墻的破壞機理是什么，在具體的設(shè)計過程中是非常重要的，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員基本的職業(yè)素養(yǎng)。

1 概念定義

剪力墻在豎向和水平荷載的作用下，在截面中產(chǎn)生的內(nèi)力有彎矩，剪力和軸力。墻肢可能軸心受拉或偏心受拉，軸心受壓或偏心受壓。須進行正截面及斜截面的承載力計算。

2 剪力墻破壞特點

2.1 軸心受壓或偏心受壓

縱向力N與構(gòu)件的軸線重合時為軸心受壓，不重合時稱為偏心受壓。當(dāng)N的作用線與墻軸線在一個主軸方向不重合時，稱為單線偏心受壓，若兩個方向軸線都不重合，稱為雙向偏心受壓構(gòu)件。構(gòu)件截面上受有軸向壓力N的同時，還有彎矩M和剪力V，那么這類構(gòu)件也稱為偏心受壓構(gòu)件。

軸心受壓破壞：構(gòu)件因為混凝土被壓碎而破壞。

偏心受壓構(gòu)件破壞：主要與荷載的相對偏心距(e/h)及配筋率p有關(guān)。一種為大偏心受壓破壞，首先是受拉鋼筋達(dá)到屈服，然后是受壓鋼筋屈服，最后是受壓混凝土壓碎，導(dǎo)致構(gòu)件破壞，這類破壞也稱為受拉破壞。另一種為小偏心受壓破壞，當(dāng)偏心矩很小時，構(gòu)件全截面受壓，或者，偏心距雖較大，而受拉鋼筋較多，構(gòu)件截面大部分受壓，少部分受拉，中和軸距受拉鋼筋很近，受拉鋼筋不會屈服。此種工況破壞特征是受壓區(qū)混凝土首先破壞，靠近軸向壓力一側(cè)的受壓鋼筋屈服，另一側(cè)鋼筋不論是受拉還是受壓均不會屈服。

2.2 軸心受拉或偏心受拉

當(dāng)軸力N作用于截面形心時，稱軸心受拉。當(dāng)軸力N作用偏離截面形心時，或截面上既作用有縱向拉力N，又作用彎矩時，也稱偏心受拉構(gòu)件。

軸心受拉構(gòu)件，混凝土開裂前，混凝土和鋼筋共同受力，開裂后，混凝土退出工作，鋼筋達(dá)到屈服時，構(gòu)件受拉破壞。

偏心受拉構(gòu)件，截面上同時承受拉力N和彎矩M。其偏心距e=M/N,當(dāng)偏心距e0h/2-as時，為大偏心受拉，破壞類似大偏心受壓破壞，首先是受拉鋼筋達(dá)到屈服，然后是受壓鋼筋屈服，最后是受壓混凝土壓碎，導(dǎo)致構(gòu)件破壞。

2.3 偏心受壓或偏心受拉斜截面受剪承載力

剪力墻在豎向和水平荷載的作用下。除承受軸力N和彎矩M外，還承受剪力V的作用。當(dāng)橫向剪力較大時，對這類偏心受力構(gòu)件，除進行正截面計算外，還應(yīng)進行斜截面承載力計算。理論分析和實驗表明：在剪，壓，彎組合應(yīng)力狀態(tài)下，軸向壓力不但能阻止而且還能滯后斜裂縫的出現(xiàn)和開展，對構(gòu)件承受抗剪是有利的。在剪，壓，彎組合應(yīng)力狀態(tài)下，軸向拉力對構(gòu)件的抗剪強度是有害的，使構(gòu)件的受剪承載力明顯降低，降低的幅度隨軸向拉力N的增大而增大。

3 剪力墻在結(jié)構(gòu)體系中的受力

各種結(jié)構(gòu)體系是由豎向構(gòu)件剪力墻或剪力墻、柱與水平構(gòu)件梁板樓組成的空間結(jié)構(gòu)，剪力墻既承擔(dān)豎向荷載又承擔(dān)水平荷載。

豎向荷載通過水平梁板體系傳遞給各片墻，各片墻的豎向荷載按照受荷面積分配，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。

水平荷載作用時，剛性樓板把各片剪力墻連在一起協(xié)同受力，當(dāng)結(jié)構(gòu)所受的水平合力與結(jié)構(gòu)剛度中心重合時，同一樓層標(biāo)高處的各片剪力墻側(cè)向位移相等，結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。各片剪力墻所受的剪力大小是按其抗側(cè)剛度分配的。當(dāng)結(jié)構(gòu)的水平合力與結(jié)構(gòu)剛度中心不重合時，結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，各片剪力墻分配到的剪力與不考慮扭轉(zhuǎn)時分配到的剪力不同，對各片剪力墻進行剪力修正，一般情況下，離剛心愈遠(yuǎn)的剪力墻，其剪力修正的也越多。

剪力墻上往往要根據(jù)建筑功能的需要設(shè)置洞口，它的受力情況隨墻上開洞的大小，形狀，位置不同而不同。當(dāng)為整體墻時，可以整體懸臂柱方法計算墻在水平作用下截面內(nèi)力，即按上端自由，下端固定的懸臂構(gòu)件求M,V。當(dāng)為整體小開口墻，滿足墻肢承受的局部彎矩小于其總彎矩的15%，且各樓層墻肢在高度方向上基本不出現(xiàn)反彎點，此時整體小開口墻也可以作為一個豎向懸臂構(gòu)件計算。雙肢墻及多肢墻，可以沿連梁反彎點切開，以相應(yīng)求出的力代替，則墻可分為兩個或多個獨立的墻肢，每個墻肢也是上端自由，下端固定的懸臂柱，從而求出各個墻肢的內(nèi)力及位移。

4 剪力墻在各結(jié)構(gòu)體系中的布置

剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻平面布置應(yīng)盡可能均勻、對稱、周邊化，雙向布置形成空間結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心重合，減少扭轉(zhuǎn)，加大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。抗震設(shè)計時，應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式，并宜使用兩個方向的抗側(cè)剛度接近。內(nèi)外剪力墻應(yīng)盡量拉通、對直。剪力墻抗側(cè)剛度大，如果在某一層或幾層切斷剪力墻，易造成樓層剛度突變，因此剪力墻沿豎向宜均勻、連續(xù)、不要使結(jié)構(gòu)剛度突變，避免形成軟弱層，薄弱層。結(jié)構(gòu)的承載力也宜自下往上逐漸減小，墻厚和混凝土等級沿豎向宜逐漸減小，且兩者不宜在同一樓層改變。墻肢長度也不宜突變。

框架—剪力墻為雙向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)兩個方向均應(yīng)布置剪力墻。如果在一個方向布置剪力墻，而另一個方向不布置剪力墻，那么無剪力墻的方向抗側(cè)力剛度可能不足，使不布置剪力墻的方向有純框架性質(zhì)，結(jié)構(gòu)體系不是多道防線，地震作用下結(jié)構(gòu)往往在此方向首先破壞。同時在一個方向布置剪力墻，另一個方向不布置剪力墻，會使結(jié)構(gòu)在兩個方向的剛度差異過大，產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)性扭轉(zhuǎn)。即使在兩個方向的結(jié)構(gòu)平面尺寸較大時，也應(yīng)在兩個方向布置剪力墻。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻應(yīng)按“均勻、對稱、分散、周邊”的基本原則布置。

筒體結(jié)構(gòu)中的剪力墻，其實筒體結(jié)構(gòu)中的剪力墻筒也是剪力墻，是由若干片剪力墻肢所圍城的封閉筒墻。它比一般剪力墻肢具有更大的剛度。在平面布置上，不應(yīng)在核心筒的角部開洞，且盡量避免在外墻的水平方向上連續(xù)開洞，使封閉的筒體形成開口剪力墻，或外墻出現(xiàn)小墻肢等薄弱環(huán)節(jié)。外墻的厚度應(yīng)比內(nèi)墻厚，布置宜規(guī)則、對稱。在豎向布置上應(yīng)盡量貫通建筑物全高。

板柱—剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻宜布置在建筑物的樓梯間、電梯間，平面形狀變化或恒載較大的部位，均勻布置在結(jié)構(gòu)的周邊，不宜過分集中，不宜集中布置在房屋的兩盡端。在高度方向上，剪力墻宜貫通建筑物的全高，避免抗側(cè)剛度突變，形成軟弱層，薄弱層。如果根據(jù)建筑功能或結(jié)構(gòu)受力要求，需在剪力墻開洞，洞口宜上下對齊。

5 結(jié)語

混凝土剪力墻在框架—剪力墻、剪力墻、框架—核心筒等體系中均為水平荷載和豎向荷載中主要受力構(gòu)件。混凝土剪力墻作為一個構(gòu)件，可能受軸力、剪力、彎矩作用，或幾種作用力同時存在，只要受力分析清楚，按受力結(jié)果配筋即可，是平面結(jié)構(gòu)。在各種體系中，剪力墻則是一種空間結(jié)構(gòu)，空間位置的不同，墻布置多少的不同，對結(jié)構(gòu)安全性，建筑的合理性、經(jīng)濟性都特別重要。因此，剪力墻的破壞分析，是結(jié)構(gòu)體系整體把握，概念設(shè)計前提下的構(gòu)件受力分析。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50011—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 張維斌.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問答[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Discussion on the destruction of reinforced concrete shear wall

Guo Yingchun

(TaiyuanArchitecturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

This paper introduced the concept of shear wall, from the axial compression or eccentric compression, axial tension or eccentric tension, eccentric compression or eccentric tension oblique section shear bearing capacity three aspects, analyzed the failure characteristics of shear wall, elaborated the force of shear wall in structure system and the layout type in all kinds of structure system.

shear wall, reinforced concrete, oblique section, tensile member

1009-6825(2017)17-0044-02

2017-03-16

郭迎春(1977- )，男，工程師

TU375

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