淺談剪力墻肢的抗震設(shè)計(jì)

近年來隨著高層建筑的不斷增加，剪力墻結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框架核心筒結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用，剪力墻肢已成為多高層鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用的結(jié)構(gòu)部件；如何設(shè)計(jì)好這類結(jié)構(gòu)（尤其是剪力墻肢的設(shè)計(jì)）成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的問題。

1 剪力墻肢抗震設(shè)計(jì)的基本思路

把《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)條文歸納一下，對于各墻段的高度與墻段長度之比大于3的剪力墻肢，其抗震基本思路如下：①剪力墻肢應(yīng)設(shè)計(jì)成延性墻肢，強(qiáng)震時(shí)剪力墻肢可以進(jìn)入屈服后狀態(tài)；②一般來講剪力墻肢的墻底截面彎矩和剪力均為最大，塑性鉸出現(xiàn)在剪力墻肢底部截面的可能性最大也更為現(xiàn)實(shí)，國家相關(guān)規(guī)范也都是提出一系列措施引導(dǎo)塑性鉸出現(xiàn)在墻肢底部截面；③為了提高塑性鉸區(qū)高度范圍內(nèi)剪力墻肢的延性性能，對墻肢底部加強(qiáng)區(qū)部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施；④強(qiáng)震時(shí)剪力墻容易發(fā)生剪切破壞，在達(dá)到一定位移延性之前應(yīng)采取措施保證墻肢不會提前發(fā)生剪切破壞。

以上這些抗震設(shè)計(jì)思路為基本的設(shè)計(jì)思路，可能有些具體問題還值得大家進(jìn)一步研究思考，應(yīng)根據(jù)工程復(fù)雜情況進(jìn)行具體分析，本人通過工程實(shí)踐總結(jié)了以下兩點(diǎn)值得注意的問題：①剪力墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，抗水平力剛度會急劇下降，側(cè)向變形加大，內(nèi)力在豎向構(gòu)件中進(jìn)行重分布，在框架剪力墻和框架核心筒結(jié)構(gòu)中框架部分將承擔(dān)更大的水平力，這部分水平力在多遇地震作用下是無法考慮清楚的，規(guī)范對這部分框架結(jié)構(gòu)的總剪力也進(jìn)行了調(diào)整，其框架剪力按0.2V0和1.5Vfmax二者的最大值采用，保證框架結(jié)構(gòu)不至于因墻肢出現(xiàn)塑性鉸而導(dǎo)致過早的破壞。如何保證墻肢底部截面不出現(xiàn)過早屈服，成為保證整體結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素，其措施是保證墻肢底部加強(qiáng)區(qū)部位配筋滿足多遇地震作用力的計(jì)算要求且應(yīng)滿足一定的構(gòu)造措施，適當(dāng)加強(qiáng)配筋也是必要的。建議在規(guī)范現(xiàn)有的基礎(chǔ)上適當(dāng)增大剪力墻肢底部截面的抗彎能力和抗剪能力（如提高箍筋體積配箍率，加大截面尺寸，加強(qiáng)縱筋等），保證墻肢底部截面不過早形成塑性鉸；②一般高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)或框架核心筒結(jié)構(gòu)的剪力墻或核心筒沿建筑高度連續(xù)布置，某些建筑因?yàn)榻ㄖ贾眯枰谥虚g某個(gè)樓層設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，因?yàn)檗D(zhuǎn)換層樓層梁平面剛度很大，計(jì)算時(shí)會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層上下樓層剪力墻肢或核心筒壁中的彎矩會相當(dāng)大，容易在轉(zhuǎn)換層上下層部位形成薄弱層，對于這種建筑布置的情況，建議通過調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下樓層的抗彎能力和抗剪能力（加大豎向構(gòu)件的截面尺寸等措施）來避免塑性鉸發(fā)生在轉(zhuǎn)換層上下樓層的墻肢中，這樣更加符合我們對墻肢的設(shè)計(jì)要求！

2 實(shí)現(xiàn)剪力墻肢抗震目標(biāo)的措施

（1）剪力墻底部截面以上的墻肢組合彎矩進(jìn)行放大調(diào)整。在墻肢底部加強(qiáng)區(qū)及以上一個(gè)樓層的高度范圍內(nèi)，墻肢的組合彎矩及剪力均不調(diào)整，也就是在這個(gè)高度范圍內(nèi)剪力墻各截面的縱向鋼筋，分布筋等均不加大，抗彎及抗剪能力不增強(qiáng)，而將這個(gè)高度范圍以外的上部墻肢截面組合彎矩均放大1.2倍，保證不會在墻肢底部及以上一個(gè)樓層的高度范圍外形成一個(gè)薄弱截面，保證塑性鉸區(qū)在墻肢底部的一定范圍內(nèi)產(chǎn)生，使之更加符合我們的抗震設(shè)計(jì)思路。并按放大后的截面彎矩和相應(yīng)截面軸力，截面剪力來作上部剪力墻截面的設(shè)計(jì)，目的是希望在墻肢底部塑性鉸形成的過程中上部不出現(xiàn)新的可能屈服的截面。

（2）強(qiáng)剪弱彎。與框架梁柱類似，在剪力墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸且墻肢的屈服后變形達(dá)到預(yù)計(jì)的大震下位移延性之前，強(qiáng)剪弱彎是避免剪力墻肢出現(xiàn)剪切失效的有效措施，強(qiáng)剪弱彎主要由兩方面來保證，一方面可以通過對構(gòu)件截面組合剪力的放大，使墻肢在作用剪力可能偏大時(shí)仍能保證所需的高延性；另一方面則要求抗震抗剪公式能反應(yīng)墻肢在屈服后達(dá)到足夠大的位移延性系數(shù)時(shí)的抗剪能力。小剪跨比的墻肢更容易出現(xiàn)剪切破壞，對這類墻肢應(yīng)作出更為嚴(yán)格的要求；由于施工技術(shù)方面的原因施工過程難免會在剪力墻肢水平方向留設(shè)施工縫，施工縫處難免形成一個(gè)薄弱部位，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定抗震墻肢還應(yīng)當(dāng)對施工縫的抗剪能力進(jìn)行驗(yàn)算，施工縫處抗剪是沿水平剪切破壞面的抗剪能力，它不同于在腹板中因混凝土斜向壓潰而形成的斜壓型剪切破壞，也不同于沿斜裂縫的剪壓型或斜拉型剪切破壞，試驗(yàn)研究表明，這種剪切破壞只能用剪摩擦理論來解釋，規(guī)范也是依此來建立抗剪公式的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對施工縫處的抗剪能力進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算！

（3）提高塑性鉸區(qū)高度范圍內(nèi)墻肢延性能力的第一個(gè)措施：軸壓比限值。大部分墻肢處在偏心受壓狀態(tài)，因此與柱相同，使墻肢軸壓比不超過規(guī)范規(guī)定的限值是保證墻肢延性的首要措施，避免墻肢受壓區(qū)混凝土過早壓潰?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范中規(guī)定一二三級抗震墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓比：抗震等級為一級時(shí)9度區(qū)不宜大于0.4，其它烈度區(qū)不宜大于0.5抗震等級為二三級時(shí)不宜大于0.6；與柱的軸壓比限值對比可以發(fā)現(xiàn)規(guī)范規(guī)定墻肢的軸壓比限值偏低；這是因?yàn)椋阂环矫媾c柱實(shí)體截面相比，墻肢端部（特別是一字型墻肢兩端和T型截面墻肢無翼緣的一端）的壓潰對應(yīng)的混凝土極限壓應(yīng)力比柱偏小，故墻肢軸壓比比柱要求嚴(yán)格是合理的；另一方面一般計(jì)算出來墻肢的軸壓比比柱偏?。ㄟ@是因?yàn)樵谑芎蓮膶倜娣e相同的情況下，柱的截面一般較小，而墻肢雖然厚度不大，但是長度較長，故截面通常相對柱的截面偏大），因此規(guī)范規(guī)定的墻肢軸壓比限值不會引起設(shè)計(jì)困難。

（4）提高塑性鉸區(qū)高度范圍內(nèi)墻肢延性能力的另外一個(gè)措施：設(shè)置剪力墻肢邊緣構(gòu)件。與框架柱類似，墻肢的彎矩和剪力大部分為正負(fù)交替作用，墻肢的邊緣處于受壓狀態(tài)，通過配置箍筋加強(qiáng)約束可以提高這部分混凝土的極限壓應(yīng)變和抗壓強(qiáng)度，縱筋也由于箍筋的約束不容易出現(xiàn)局部失穩(wěn)，提高了墻肢的位移延性。規(guī)范把邊緣構(gòu)件設(shè)置分為兩種：約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件；約束邊緣構(gòu)件設(shè)置在剪力墻肢底部塑性鉸區(qū)部位，通過對箍筋體積配箍率，縱筋配筋率等的構(gòu)造要求加強(qiáng)配筋，滿足塑性鉸區(qū)高延性的要求；構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)置在墻肢塑性鉸區(qū)以外的墻肢邊緣，滿足配筋構(gòu)造要求即可。

3 結(jié)束語

通過以上分析可以得知，設(shè)計(jì)剪力墻肢時(shí)應(yīng)盡可能引導(dǎo)剪力墻肢塑性鉸出現(xiàn)在墻肢底部，并應(yīng)通過構(gòu)造措施避免塑性鉸的過早形成；盡可能控制墻肢上部不出現(xiàn)塑性鉸，如果不可避免，也要準(zhǔn)確判斷其位置，采取必要的加強(qiáng)措施；墻肢還應(yīng)通過具體的計(jì)算和構(gòu)造加強(qiáng)措施使其直到所在設(shè)防烈度區(qū)的罕遇地震反應(yīng)為止，都不宜出現(xiàn)剪切破壞。

［1］GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］王亞勇，戴國瑩.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范疑問解答［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［3］GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.