雙肢剪力墻的受力特點及延性破壞機構設計分析

石永峰

（石嘴山市規劃建筑設計院有限公司 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件，吸收地震能量。 由雙肢剪力墻的破壞機制可知：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 雙肢剪力墻結構體系

1.1 連梁的破壞形態

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

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

1.1.4 彎剪破壞。當縱筋和箍筋配置比例合適時，隨荷載的增加，彎曲裂縫和彎剪裂縫逐漸向梁端受壓區延伸，使剪壓區不斷減小，同時出現新裂縫。 最后，剪壓區混凝土在復合應力作用下達到破壞強度而壓碎。 此時，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

經過研究發現，雙肢剪力墻的受力特點與整體工作系數α 有關：

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

1.2.2 連梁的剪力分布具有明顯的特點：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α 值增大時，連梁剪力增大，且剪力最大的梁出現的樓層也將下移。

1.2.3 墻肢的軸力與α 值有關。因為墻肢軸力即該截面以上所有連梁剪力之和，當α 值增大時，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。 α 值愈大，墻肢彎矩愈小。

各平臺較強的資源建設與數據加工能力保障了內容的更新速度與內容的有效持續供給，同方知網、萬方數據、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構

2.1 延性破壞機構設計要求

根據上述的雙肢剪力墻的破壞機構和連梁的破壞形式可以知道，設計中需要的是發生破壞時連梁先于剪力墻破壞。它的特點是連梁能夠充分發揮能力，即在連梁上首先出現塑性鉸來吸收地震能量，以減小墻肢承受的外力，避免受到嚴重的破壞。同時，要求連梁自身發生彎剪破壞，發揮材料最大的承載力。 所以要求雙肢剪力墻在設計時應遵循“強墻弱梁”、“強剪弱彎”的延性設計原則。

要設計“強墻弱梁”的雙肢剪力墻，首先，要保證墻肢不過早地發生脆性的剪切破壞，即要設計延性的墻肢；其次，應使連梁早于墻肢屈服；同時，盡可能避免連梁過早出現脆性的剪切破壞，使連梁發生彎曲破壞早于剪切破壞，即要設計延性的連梁。 這才符合“強墻弱梁”、“強剪弱彎”的全部要求。

2.2 延性設計在現行規范中的表現

在延性雙肢剪力墻中，延性連梁的設計是主要矛盾?！督ㄖ拐鹪O計規范》GB50011-2010 和《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002對連梁內力做出了以下調整：

2.2.1 連梁彎矩設計值的調幅。 連梁進行塑性調幅，降低彎矩較大的連梁以改善其延性。調幅后的彎矩設計值不應低于風荷載作用所得的彎矩設計值，或不低于比設防烈度低一度的地震作用計算所得的彎矩設計值，且不應小于調幅前彎矩的0.8 倍（設防烈度6～7 度）或0.55 倍（設防烈度8～9 度）。

2.2.2 連梁剪力設計值的調整。無地震作用組合以及有地震組合的四級抗震等級時，取考慮水平荷載組合的剪力設計值；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，連梁的剪力設計值應按下式進行調整：

9 度時尚應符合：

2.2.3 連梁的剛度可折減，折減系數不宜小于0.50

雖然延性連梁的設計是主要矛盾，但是延性墻肢是保證整棟結構安全抗震的關鍵。所以《建筑抗震設計規范》GB50011-2010 和《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002 也對剪力墻墻肢內力做出了以下調整：

1）一級抗震等級時的剪力墻，其加強部位上及以上一層，應按墻肢底部截面組合彎矩設計值采用；其他部位，墻肢截面的組合彎矩設計值應乘以增大系數，其值可取1.2。

2）雙肢剪力墻中，墻肢不宜出現小偏心受拉。 當任一墻肢為大偏心受拉時， 另一墻肢的彎矩設計值和剪力設計值應乘以增大系數1.25。

3）剪力墻底部加強區范圍內的剪力設計值Vw，一、二、三級抗震等級時應按下式調整：Vw=ηvwV′w；9 度時尚應符合：

Vb=1.1（Mwua/Mw）V′w

式中：Mwua為剪力墻底部按實配鋼筋計算的考慮承載力抗震調整系數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算部位的彎矩設計值和剪力設計值；ηvw為剪力增大系數， 一級為1.6，二級為1.4，三級為1.2。

除了現行規范在延性設計方面對墻肢和連梁的內力進行調幅，近年根據大量的實際工程經驗和理論試驗研究， 若滿足以下三點要求，則可更好保證雙肢剪力墻符合“強墻弱梁”、“強剪弱彎”的設計原則：

1）盡量設計高寬比大于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計原則。

3 目前延性設計方法的不足

對于以上規范中墻肢和連梁的調幅方法， 尤其是增大系數的確定，都是根據大量的實際工程經驗得出的，其理論根據或實驗支持較少，因此可以稱為是由經驗法確定的延性設計方法。 雖然經驗法目前仍在使用并在規范中進行規定，但這種方法是否完全合理，增大系數的確定是否完全正確， 經過經驗法調幅后結構是否能夠保證安全，經驗法在何種情況下適用等問題， 都沒有足夠的理論支持或實驗支持。這是目前經驗法最大的不足。

4 結束語

總之，雙肢剪力墻是高層建筑經常使用的承重結構形式之一。 在剪力墻結構的抗震設計中，保證剪力墻符合“強墻弱梁”且連梁符合“強剪弱彎”的延性設計是重要的設計目標之一。

［1］牛紹仁,魏嘉渝,容柏生.鋼筋混凝土連系梁靜力受剪承載力[J].重慶建筑工程學院學報,1994,16(4):1-10.

［2］高湛.高層建筑剪力墻連梁的設計與分析[J].國外建材科技,2004,25(3):125-127.

［3］王秀麗,朱彥鵬.連梁屈服時多肢抗震墻結構的內力分析[J].甘肅工業大學學報,1995,21(1):56-63.