內(nèi)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(nèi)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(yōu)點。雖然內(nèi)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(yè)界，這種形式的剪力墻的受認識程度還十分有限。本文從內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構簡介、發(fā)展背景、性能參數(shù)分析等幾方面進行了論述，系統(tǒng)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(xiàn)，內(nèi)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(yōu)點，在建筑業(yè)被得到越來越普遍的應用。

1.內(nèi)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(nèi)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(nèi)主要產(chǎn)生向下的壓力，側(cè)向力在墻體中產(chǎn)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(guī)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(nèi)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(yōu)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(nèi)置的鋼板鋼筋可以與混凝土結構更充分地協(xié)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(wěn)。

1.2剛一混凝土組合結構的發(fā)展。從上個世紀80年代初至今，我國的經(jīng)濟飛速發(fā)展、鋼鐵產(chǎn)量快速增長、鋼材品種逐步增加、科研經(jīng)驗漸漸積累，內(nèi)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(huán)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(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻結構。

2.內(nèi)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(fā)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(nèi)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(wěn)，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(cè)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(fā)生局部屈曲，進而防止試件過早發(fā)生平面外失穩(wěn)。

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(jù)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(nèi)置光鋼板試件相比，鋼板上焊接栓釘試件的裂縫發(fā)展比較緩慢，裂縫數(shù)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?shù)男Ч谩?/p>

2.4內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻與普通剪力墻對比分析。對比內(nèi)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(shù)可知：內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的破壞形式變?yōu)檠有云茐模鄬ζ胀ㄤ摻罨炷良袅Ψ逯党休d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(shù)得到了提高，滯回曲線也顯得更加飽滿。內(nèi)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(nèi)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(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構簡介、發(fā)展背景、性能參數(shù)分析等幾方面進行了論述，得出如下結論：

對比內(nèi)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(shù)可知：加入鋼板后，剪力墻的破壞形式由脆性破壞變?yōu)檠有云茐模逯党休d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(nèi)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(jù)上述論述以及對內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻的結構性能分析，對于內(nèi)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(nèi)，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(wěn)，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。