雙鋼板混凝土組合剪力墻的綜合分析

李其廉 張慧玲

河北科技大學建筑工程學院

雙鋼板混凝土組合剪力墻的綜合分析

李其廉 張慧玲

河北科技大學建筑工程學院

高層及超高層建筑的主要抵抗側力的構件是剪力墻或者剪力墻與筒體組成的結構。建筑高度的增加和對建筑功能要求的提高促使研究者研發出一種新型鋼板剪力墻，即這種剪力墻可以減小墻體厚度，增加建筑使用空間。本文主要分析雙鋼板混凝土組合剪力墻的主要優缺點及性能。

雙鋼板混凝土組合剪力墻；性能；分析

1 前言

近年來，越來越多的建筑工程結構采用鋼筋混凝土組合剪力墻作為主要抗側力構件，它的抗側剛度非常大。經國內外學者研究，鋼筋混凝土組合剪力墻的種類越來越多，包括普通鋼筋混凝土組合剪力墻、型鋼混凝土組合剪力墻、單鋼板混凝土組合剪力墻、鋼管混凝土邊框組合剪力墻、雙鋼板混凝土組合剪力墻等。

雙鋼板混凝土組合剪力墻又稱SC剪力墻。它是鋼板剪力墻的提升和創新，構造是在兩層鋼板中嵌入一定厚度的混凝土，然后鋼板和混凝土用螺栓、栓釘或者栓釘和其他連接件組合等固定和連接，使混凝土和鋼板二者可以共同工作，并充分發揮作用。根據受力情況，混凝土可以適當配置一定量的鋼筋。

作為最新型的抵抗側向力的構件，雙鋼板混凝土組合剪力墻優點頗多。該墻體承載力大、剛度大、延性和耗能能力強，結構整體抗震性能很好，且施工速度周期快，施工簡便，造價相對較低，性價比較高。

2 研究進度

聶建國、卜凡民等經試驗得出：低剪跨比受剪承載力大大提高，延性和耗能能力也大大改善，抗側剛度增大，抗震性能顯著增強，因此日后采用雙鋼板混凝土組合剪力墻應適當降低剪跨比。此類低剪跨比剪力墻是一種性能優越的新型剪力墻。

馬曉偉在雙鋼板剪力墻各種組成材料的基礎上，對其截面性質參數包括正、負相關參數和無影響劉鴻亮等提出了約束拉桿與雙鋼板混凝土組合剪力墻結合，通過具體試驗和參數進行分析和歸納，提出雙鋼板剪力墻壓彎承載力求解公式，為研究者和設計者奠定了基礎。

郭小農等研究了開洞雙鋼板組合剪力墻的抗震性能，對比了所開洞口的面積、形狀、位置等對其抗震性能的影響，推導出承載力考慮折減率的相關公式，以及最佳開洞率在17%左右。得出：開洞雖然使極限承載力和初始剛度都降低了，但使耗能和變形能力提高了，并對洞口構造要求提出建議。

武曉東等把雙鋼板組合剪力墻與筒體結構相結合，通過具體試驗及現象研究了該類剪力墻的翼墻和腹側墻的剪力滯后現象并作出對比，得出：側部主要承受剪力而翼墻主要承受彎矩。

劉鴻亮提出了約束拉桿和雙鋼板組合剪力墻結合，通過具體試驗和有限元仿真模擬分析了剪跨比、混凝土和鋼板強度、截面高度和截面含鋼率、鋼板屈曲強度等對該墻體的承載力的影響，然后采用纖維模型法和非線性有限元方法對組合剪力墻進行數值模擬，并在此基礎上進行了相關參數分析。鋼板屈曲強度、混凝土強度及含鋼率與剪力墻的承載力成正比，且漲幅明顯。但混凝土強度增加，卻降低了極限位移角，而增大剪跨比可以通過增大剪跨比的方式來解決。

聶建國、汪家繼等在中高剪跨比雙鋼板混凝土組合剪力墻實驗結果的基礎上，建立有限元模型分析表明：混凝土主要提供此類剪力墻的壓彎初始抗側剛度，而含鋼率對此影響較小；此外大震時要控制雙鋼板剪力墻的軸壓比在0.4以內。

3 承載力影響因素

通過ABAQUS建立模型進行模擬，混凝土采用C3D8R實體單元，鋼板采用S4R殼單元，得出：鋼板厚度、混凝土厚度、雙層鋼板間距、高跨比等都對雙鋼板混凝土組合剪力墻性能有著一定的影響。

鋼板厚度對結構耗能能力同樣具有影響，鋼板越厚，耗能能力越強，但隨著鋼板厚度增加，耗能增長速度逐漸降低。高跨比對結構整體耗能影響較大，高跨比越小，結構耗能能力越強。

4 節能分析

當今時代，我國越來越提倡綠色建筑，綠色建筑要求節能環保，而雙鋼板混凝土組合剪力墻以節能發展為核心，恰好能滿足這一要求，是綠色建筑最好的選擇，應得到廣泛的應用。

單鋼板混凝土組合剪力墻比普通鋼筋混凝土組合剪力墻結構延性好、滯回性能穩定、耗能能力高、塑性性能好，而且發生地震時不利作用較小。雙鋼板剪力墻在單鋼板剪力墻基礎上又優化了性能。其中混凝土和其兩側的雙層鋼板共同工作，可以大大改善并充分發揮混凝土的各方面性能，提高其延性、承載力及強度?；炷脸朔乐逛摪迩?，還可以起到隔離聲音的效果。此外，這種剪力墻墻體厚度減小，因此節約了建筑空間，降低了結構自重，降低了造價，且震后容易修復，經濟效益明顯增大。

通過比較各類剪力墻的施工過程，雙層鋼板混凝土組合剪力墻施工過程最容易最快。其過程包括兩側鋼板的定位固定、鋼板焊接連接、澆筑混凝土等。簡易原因是兩側鋼板可以約束住混凝土，施工時可做混凝土模板，這樣就減少了施工環節，簡單快捷。

5 耐火分析

目前對雙鋼板混凝土組合剪力墻的耐火分析較少，各種連接方式下的雙鋼板剪力墻在火災升溫狀態下的破壞模式是相同的，都是向著背對火的一面彎曲，即整體壓彎失穩破壞，然后受火面的外圍鋼板出現這周，此時連接件可以抑制這種鋼板的平面外屈曲，但破壞結果是不同的。用螺栓來連接的剪力墻火災下耐火極限最短，而采用兩種組合連接件連接的在火災下的耐火極限最長，栓釘連接的剪力墻耐火極限居于中間。由此表明：采用多種連接件組合連接的剪力墻更加耐火。

6 總結和展望

組合剪力墻以其抗側剛度大、承載力高、抗震延性好和耗能高等優勢，已經在越來越多的高層及超高層實際工程得到較為廣泛地應用，比如天津津塔就把鋼板剪力墻與方鋼管混凝土框架-核心筒結合，創新了思路。相信隨著綠色建筑、裝配式建筑和住宅產業化以及BIM技術的發展，雙鋼板混凝土組合剪力墻的應用及其與筒體結構結合的結合應用會越來越成熟。

[1]程春蘭，周德源，葉珊.低剪跨比帶約束拉桿雙鋼板-混凝土組合剪力墻抗震性能試驗研究[J].東南大學學報，2016（1）：46-01

[2]劉鴻亮.帶約束拉桿雙層鋼板內填混凝土組合剪力墻抗震性能[D].廣州：華南理工大學，2014

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[4]張有佳，李小軍.雙鋼板混凝土墻體構件抗震性能試驗研究[J].武漢大學學報，2015（10）：48-05

[5]武曉東.雙鋼板-混凝土組合筒體剪力墻受力性能試驗研究[J].建筑結構學報，2015（9）

[6]張有佳.雙鋼板混凝土組合剪力墻抗震性能研究綜述[J].建筑科學，2014（1）：30-01

李其廉(1965-)，男，河北臨西人，高級工程師，副教授，主要從事結構設計、檢測及加固方面的研究；張慧玲(1990-)，女，在讀碩士研究生