內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻抗震性能研究

常云倩　婁汝偉

摘要：內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻一種新型的墻體結構，承載力高、剛度大、抗震性好是它的優點。雖然內置銅板銅筋混凝土剪力墻得到了光分的應用，但是不論在研究領域還是業界，這種形式的剪力墻的受認識程度還十分有限。本文從內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構簡介、發展背景、性能參數分析等幾方面進行了論述，系統的分析該種剪力墻的抗震性能。

關鍵詞：置鋼板鋼筋混凝土剪力墻；抗震性能；變形能力；承載能力；性能對比

引言

伴隨著高層建筑的不斷出現，內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻因其具有承載力高、延性好、耗能能力強等優點，在建筑業被得到越來越普遍的應用。

1.內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻抗震性能研究背景

1.1剛一混凝土組合結構簡介。剪力墻用在剪力墻結構體系，框架剪力墻結構體系，是用在高層建筑結構中。剪力墻是利用建筑外墻和內墻隔墻位置布置的鋼筋混凝土結構墻，屬于下端固定在基礎頂面上的豎向懸臂板。豎向荷載在墻體內主要產生向下的壓力，側向力在墻體中產生水平剪力和彎矩，因為這類墻體具有較大的承受水平力（水平剪力）的能力，故被稱為剪力墻。剪力墻的高度一般與整個房屋高度相同，自基礎至屋頂。在立面上剪力墻常常因開門開窗，穿行管道而需要開設洞口，這時應盡量使洞口上下對齊，布置規則，使洞口至強邊及相鄰洞口之間形成墻肢，上下洞口之間形成梁。

內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻一種新型的墻體結構，承載力高、剛度大、抗震性好、動力性能好、構件截面尺寸小、施工快速方便是它的優點。

與普通鋼筋混凝土結構相比，這種結構具有更高的承載力，內置的鋼板鋼筋可以與混凝土結構更充分地協同工作，另外，此結構變形能力強且延性好，又比剛結構剛度大，不容易失穩。

1.2剛一混凝土組合結構的發展。從上個世紀80年代初至今，我國的經濟飛速發展、鋼鐵產量快速增長、鋼材品種逐步增加、科研經驗漸漸積累，內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻結構在我國也得到了越來越普遍的應用。例如，金茂大廈、北京LG大廈、京廣中心大廈、上海環球金融中心、深圳地王大廈、賽格廣場等超高層建筑，均全部或者部分采用內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻結構。

2.內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻抗震性能分析

2.1高寬比對于抗震性能的影響。高寬比在墻體破壞形式中有著相當大分量的作用。高寬比越大，墻體的耗散能力越好。墻體的破壞主要原因是彎曲主裂縫的發展，最終導致底部混凝土壓碎與邊沿鋼筋屈曲。高寬的試件比較小，該試件的混凝土強度低，內置鋼板較薄，混凝土與鋼板之間沒有采取任何粘結措施，是破壞仍然呈彎曲的主要原因。這些因素疊加在一起，很容易致使墻體平面外失穩，從而導致墻體的破壞形式與其他較小高寬比的試件差異。

2.2墻體厚度對于抗震性能的影響。結構抗側承載能力隨著鋼板鋼筋外包的混凝土層厚度的增大而增強。從極限位移值和極限位移角角度來說，厚度小的試件變形能力比厚度大的試件小。原因是，混凝土為鋼板提供了較強的約束作用，這樣的約束作用有助于防止鋼板發生局部屈曲，進而防止試件過早發生平面外失穩。

2.3鋼板與混凝土之間的構造措施對于抗震性能的影響。據文獻資料顯示，用于連接鋼構件與混凝土之間的剪力連接件很重要。該構件與內置光鋼板試件相比，鋼板上焊接栓釘試件的裂縫發展比較緩慢，裂縫數量較少。這表明，栓釘在抑制裂縫開展、保證混凝土與鋼板共同工作方面起到了很大的作用。拉結筋對于結構極限承載力、變形能力以及延性的作用微弱，只是對于構件初始階段的抗震性能有一定幫助，沒有在鋼板上焊接栓釘的效果好。

2.4內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻與普通剪力墻對比分析。對比內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻與普通鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能參數可知：內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的破壞形式變為延性破壞，相對普通鋼筋混凝土剪力墻峰值承載力和極限變形能力都有顯著提高。延性和耗能能力也有所增強，破壞時的等效粘滯阻尼系數得到了提高，滯回曲線也顯得更加飽滿。內置鋼板鋼筋可以顯著的提高構件的抗震性能。這樣，在承載力相同的情況下，內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻抗剪剛度更大。這樣不但提高了高層建筑的空間使用率，而且所受的地震作用也得到了減小。

3.結論與展望

本文從內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構簡介、發展背景、性能參數分析等幾方面進行了論述，得出如下結論：

對比內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻與普通鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能參數可知：加入鋼板后，剪力墻的破壞形式由脆性破壞變為延性破壞，峰值承載力和變形能力都有顯著提高，延性和耗能能力也有所增強。鋼板鋼筋對于提高構件的抗震性能幫助十分顯著，所以，在相同承載力的情況下，內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻不但擁有厚度小自重輕的特點，而且擁有更好的剛度。這不但使其在建筑市場的應用更為廣闊，而且基礎尺寸也得到了，所受的地震作用也隨之減小。

根據上述論述以及對內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構性能分析，對于內置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的設計方面有以下幾點建議：

（1）鋼板厚度在允許的范圍內，可以適度加厚，以此使墻體擁有一定的延性，防止墻體過早失穩，進而脆性破壞；

（2）提高混凝土強度。混凝土對鋼板有很好的約束作用，可以保持其維持剛性結構，墻體的強度和剛度隨著混凝土外包層厚度的增大而編號；

（3）剛板上焊接栓釘。焊接栓釘可以提高構件的變形能力、增大構件的延性、提高構件的耗能能力，此措施比鋼板打孔穿拉結筋更為有效。