剪力墻正截面及斜截面承載力研究

文/趙強 山西省建筑科學研究院 山西 太原 030001

剪力墻正截面及斜截面承載力研究

文/趙強 山西省建筑科學研究院 山西 太原 030001

剪力墻破壞形態分為正截面受彎和斜截面受剪破壞，需對剪力墻正截面承載力與斜截面承載力分別進行計算，本文針對我國現行規范剪力墻承載力公式進行了研究，分析影響受彎、受剪承載力的因素。

剪力墻；正截面受彎承載力；斜截面受剪承載力

0　引言

剪力墻在剪力作用下，會出現斜截面剪切破壞，破壞模式有斜壓破壞、剪切滑移破壞、剪壓破壞或者斜拉破壞。通過控制截面尺寸可以有效避免出現斜壓破壞，設置斜向交叉筋可以控制剪力墻的剪切滑移破壞，通過規范中受剪承載力計算，可以有效控制剪力墻的剪壓破壞。在豎向力作用下的剪力墻會出現正截面彎曲破壞，破壞形式有大偏心受壓破壞和小偏心受壓破壞，可以通過規范中承載力計算公式有效控制正截面受彎破壞。

1　剪力墻正截面破壞特征及承載力計算公式

現行規范中的正截面計算公式是根據平截面假定，采用平衡方程進行計算，并經過簡化的近似計算公式。當豎向力的偏心率（偏心距與截面有效高度的比值）較大，受拉鋼筋配筋較少時，隨著豎向荷載的增加，受拉區混凝土產生水平裂縫，裂縫逐漸開展延伸，接近破壞荷載時，受拉鋼筋屈服，受壓區面積逐漸減小，混凝土壓應力增大，最后混凝土壓碎，墻體破壞。此時，受壓區的縱向鋼筋也可能達到受壓屈服強度。破壞過程和特點與適筋梁的雙筋截面受彎相似，預兆明顯，為延性破壞。

《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）［1］公式（6.2.10-1）、（6.2.10-2）、（6.2.10-3）和（6.2.10-4）計算剪力墻正截面受彎承載力；矩形、T形、I偏心受壓剪力墻可根據現行《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）［2］公式（7.2.8-1）、（7.2.8-2）、（7.2.8-3）、（7.2.8-4）、（7.2.8-5）、（7.2.8-6）計算正截面受彎承載力。

2　剪力墻正截面受彎承載力影響因素

現行規范標準計算公式及以往試驗研究成果表明，影響剪力墻正截面承載力的因素有偏心距、混凝土強度等級、剪跨比、軸壓比、配筋率、鋼筋強度、約束箍筋的范圍和數量、邊緣約束構件等。

偏心距越大，墻體的承載力越小；混凝土強度對剪力墻正截面承載力的影響很大，就普通混凝土而言，混凝土強度等級提高，正截面承載力增大；剪跨比是影響剪力墻正截面承載力的重要因素之一，剪跨比較小時，剪跨比越大，承載力越大，對大剪跨比剪力墻而言，試驗研究了剪跨比為1.0、1.5、2.1和3.0的剪力墻承載力變化，隨著剪跨比的增大，承載力減小，且剪跨比為1.0時，剪力墻發生的是剪切破壞，剪跨比為1.5時，試件發生彎剪破壞，剪跨比為2.1時，試件出現彎曲破壞。

軸壓比較小時，剪力墻破壞形態為剪壓破壞，破壞時，邊緣構件豎向鋼筋達到抗拉強度，受壓側混凝土達到抗壓極限強度。軸壓比較大時，受壓一側混凝土壓碎，接近破壞狀態時，出現受拉裂縫，端部縱筋受壓屈服。試驗研究表明，軸壓比為0～0.6之間時，剪力墻受力狀態是大偏壓，混凝土的極限壓應變和受拉區鋼筋的屈服應變對承載力起關鍵作用，隨著軸壓比增大，正截面承載力增大，軸壓比在0.6～1.0之間時，剪力墻受力狀態為小偏壓，混凝土極限壓應變很大程度上決定正截面承載力，豎向壓力和水平荷載共同作用在受壓區混凝土，軸壓比越大，水平荷載越小，即正截面承載力越小［3］。

試驗研究表明，剪力墻中縱向鋼筋配筋率越大，正截面承載力越大，配筋率增長到一定程度，承載力不會隨著增大，主要是混凝土極限壓應力起作用。邊緣構件的縱向鋼筋配筋率與墻體縱向鋼筋配筋率對承載力影響類似，無邊緣構件的剪力墻承載力明顯降低。

邊緣構件的箍筋對剪力墻的延性有較大影響，對承載力影響不大，配箍特征值較大時，剪力墻水平極限位移較大，鋼筋達到屈服，斷裂，墻體破壞，承載力增大不明顯。

試驗證明，水平荷載的形式對剪力墻的極限承載力影響不大，往復荷載與單調荷載作用下的墻體正截面受彎承載力比較接近。

3　剪力墻斜截面承載力計算公式

我國現行規范中的剪力墻斜截面承載力是根據試驗結果建立的，包括中國建筑科學研究院結構研究所做的12片剪力墻抗剪強度試驗和國外剪力墻抗剪強度試驗。

剪力墻斜截面偏心受壓時的受剪承載力按《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）公式（6.3.21）與《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）公式（7.2.10-1）、（7.2.10-2）計算。

4　剪力墻斜截面受剪承載力影響因素

現行規范標準計算公式及以往試驗研究成果表明，影響剪力墻斜截面承載力的因素有混凝土強度等級、剪跨比、軸壓比、配筋率、鋼筋強度、約束箍筋的范圍和數量、邊緣約束構件等。

混凝土強度對剪力墻斜截面承載力的影響很大，就普通混凝土而言，混凝土強度等級提高，斜截面承載力增大，我國的89規范以及74規范斜截面承載力計算公式均以混凝土抗壓強度為計算指標，適應于低強度的混凝土剪力墻，02規范和10規范以混凝土抗拉強度為計算指標，適應于普通混凝土和高強混凝土；剪跨比是影響剪力墻斜截面承載力的重要因素之一，也影響墻體的破壞形態，試驗結果表明，剪跨比越大，受剪承載力越小，剪跨比小于1.5時，剪力墻受剪承載力隨剪跨比變化較明顯，剪跨比大于2.0時，剪力墻受剪承載力受剪跨比影響不大［4］。

剪跨比相同時，軸壓比越大，剪力墻受剪承載力先增大后減小，軸壓比小于0.2時，承載力隨著軸壓比增大而增大，軸壓比大于0.2時，受剪承載力隨著軸壓比增大而降低。低軸壓比情況下，豎向壓應力可以減小破壞面的應力，延緩裂縫的出現，減小裂縫的寬度和延伸邊緣構件對剪力墻斜截面承載力影響顯著，隨著約束作用的逐步加強，承載力不斷增大，墻體的延性降低，主要原因是端部約束作用使剪力墻剪切變形比例增大，發生剪切脆性破壞。試驗研究表明，剪力墻中縱向鋼筋配筋率對斜截面受剪承載力的影響不大，小剪跨比剪力墻豎向鋼筋有增大受剪承載力的作用。邊緣構件的縱向鋼筋配筋率越大，墻體受剪承載力越大，縱向鋼筋對墻體起銷栓作用，限制其變形發展。

長度，混凝土受壓區面積增大，受剪面積增大。高軸壓比情況下，墻體破壞形態有所不同，剪力墻出現小偏心受壓破壞，豎向荷載越大，會過早導致受壓區混凝土應力過大而壓碎。

墻體中剪切裂縫主要是因為主拉應力的存在，接近45°方向，約束邊緣構件是剪切裂縫易于貫通的部位，設計時宜加強，日本規范中體現了邊緣構件的箍筋對剪力墻受剪承載力的影響。

試驗證明，水平荷載的形式對剪力墻的極限承載力影響較小，往復荷載比單調荷載作用下的墻體斜截面受剪承載力降低10%以內［5］。

5　結語

本文論述了剪力墻正截面承載力與斜截面承載力計算公式以及影響承載力的因素，結合以往試驗，規范中計算公式偏于保守，應適當對規范中公式修正。

［1］ GB 50010-2010， 混凝結構設計規范［S］. 北京：中國建筑工業出版社， 2010.

［2］ JGJ3-2010， 高層建筑混凝土結構技術規程［M］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

［3］ 李宏男， 李兵. 鋼筋混凝土剪力墻抗震恢復力模型及試驗研究［J］. 建筑結構學報，2004（5）： 36- 39.

［4］ 陶松平. 鋼筋混凝土剪力墻正截面及斜截面承載力分析［D］. 西安：西安建筑科技大學，2008.

［5］ 宋世研， 葉列平. 中美混凝土結構設計規范構件正截面受彎承載力的分析比較［J］. 建筑科學， 2007（7）： 28- 30.

Shear wall bearing capacity of no rmalse ction and in clined se ction bea ring capa citystudy

ZHAO Q iang （Shanxi Construc tion science Academ y， Taiyuan 030001， China）

TU 528

A

The shear wall failure patterncanbe divided in to normalse ction flexural and shear failure for in clined section， for shear wall bearing capacity of normalsec tion and in clined sec tion bea ring capacityis calculated respec tively， based onour current specifica tion shear wall bea ring capa city for mulas a restudied，a nalys is the in fluen cingfa ctors of bending， shea rbea ring capacity.

Shear wall， flexural bearing capacity of normal section， oblique section shear bearing capacity