剪力墙正截面及斜截面承载力研究

文/赵强 山西省建筑科学研究院 山西 太原 030001

剪力墙正截面及斜截面承载力研究

文/赵强 山西省建筑科学研究院 山西 太原 030001

剪力墙破坏形态分为正截面受弯和斜截面受剪破坏，需对剪力墙正截面承载力与斜截面承载力分别进行计算，本文针对我国现行规范剪力墙承载力公式进行了研究，分析影响受弯、受剪承载力的因素。

剪力墙；正截面受弯承载力；斜截面受剪承载力

0　引言

剪力墙在剪力作用下，会出现斜截面剪切破坏，破坏模式有斜压破坏、剪切滑移破坏、剪压破坏或者斜拉破坏。通过控制截面尺寸可以有效避免出现斜压破坏，设置斜向交叉筋可以控制剪力墙的剪切滑移破坏，通过规范中受剪承载力计算，可以有效控制剪力墙的剪压破坏。在竖向力作用下的剪力墙会出现正截面弯曲破坏，破坏形式有大偏心受压破坏和小偏心受压破坏，可以通过规范中承载力计算公式有效控制正截面受弯破坏。

1　剪力墙正截面破坏特征及承载力计算公式

现行规范中的正截面计算公式是根据平截面假定，采用平衡方程进行计算，并经过简化的近似计算公式。当竖向力的偏心率（偏心距与截面有效高度的比值）较大，受拉钢筋配筋较少时，随着竖向荷载的增加，受拉区混凝土产生水平裂缝，裂缝逐渐开展延伸，接近破坏荷载时，受拉钢筋屈服，受压区面积逐渐减小，混凝土压应力增大，最后混凝土压碎，墙体破坏。此时，受压区的纵向钢筋也可能达到受压屈服强度。破坏过程和特点与适筋梁的双筋截面受弯相似，预兆明显，为延性破坏。

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）［1］公式（6.2.10-1）、（6.2.10-2）、（6.2.10-3）和（6.2.10-4）计算剪力墙正截面受弯承载力；矩形、T形、I偏心受压剪力墙可根据现行《高层建筑混凝土结构技术规程》（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）计算正截面受弯承载力。

2　剪力墙正截面受弯承载力影响因素

现行规范标准计算公式及以往试验研究成果表明，影响剪力墙正截面承载力的因素有偏心距、混凝土强度等级、剪跨比、轴压比、配筋率、钢筋强度、约束箍筋的范围和数量、边缘约束构件等。

偏心距越大，墙体的承载力越小；混凝土强度对剪力墙正截面承载力的影响很大，就普通混凝土而言，混凝土强度等级提高，正截面承载力增大；剪跨比是影响剪力墙正截面承载力的重要因素之一，剪跨比较小时，剪跨比越大，承载力越大，对大剪跨比剪力墙而言，试验研究了剪跨比为1.0、1.5、2.1和3.0的剪力墙承载力变化，随着剪跨比的增大，承载力减小，且剪跨比为1.0时，剪力墙发生的是剪切破坏，剪跨比为1.5时，试件发生弯剪破坏，剪跨比为2.1时，试件出现弯曲破坏。

轴压比较小时，剪力墙破坏形态为剪压破坏，破坏时，边缘构件竖向钢筋达到抗拉强度，受压侧混凝土达到抗压极限强度。轴压比较大时，受压一侧混凝土压碎，接近破坏状态时，出现受拉裂缝，端部纵筋受压屈服。试验研究表明，轴压比为0～0.6之间时，剪力墙受力状态是大偏压，混凝土的极限压应变和受拉区钢筋的屈服应变对承载力起关键作用，随着轴压比增大，正截面承载力增大，轴压比在0.6～1.0之间时，剪力墙受力状态为小偏压，混凝土极限压应变很大程度上决定正截面承载力，竖向压力和水平荷载共同作用在受压区混凝土，轴压比越大，水平荷载越小，即正截面承载力越小［3］。

试验研究表明，剪力墙中纵向钢筋配筋率越大，正截面承载力越大，配筋率增长到一定程度，承载力不会随着增大，主要是混凝土极限压应力起作用。边缘构件的纵向钢筋配筋率与墙体纵向钢筋配筋率对承载力影响类似，无边缘构件的剪力墙承载力明显降低。

边缘构件的箍筋对剪力墙的延性有较大影响，对承载力影响不大，配箍特征值较大时，剪力墙水平极限位移较大，钢筋达到屈服，断裂，墙体破坏，承载力增大不明显。

试验证明，水平荷载的形式对剪力墙的极限承载力影响不大，往复荷载与单调荷载作用下的墙体正截面受弯承载力比较接近。

3　剪力墙斜截面承载力计算公式

我国现行规范中的剪力墙斜截面承载力是根据试验结果建立的，包括中国建筑科学研究院结构研究所做的12片剪力墙抗剪强度试验和国外剪力墙抗剪强度试验。

剪力墙斜截面偏心受压时的受剪承载力按《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）公式（6.3.21）与《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）公式（7.2.10-1）、（7.2.10-2）计算。

4　剪力墙斜截面受剪承载力影响因素

现行规范标准计算公式及以往试验研究成果表明，影响剪力墙斜截面承载力的因素有混凝土强度等级、剪跨比、轴压比、配筋率、钢筋强度、约束箍筋的范围和数量、边缘约束构件等。

混凝土强度对剪力墙斜截面承载力的影响很大，就普通混凝土而言，混凝土强度等级提高，斜截面承载力增大，我国的89规范以及74规范斜截面承载力计算公式均以混凝土抗压强度为计算指标，适应于低强度的混凝土剪力墙，02规范和10规范以混凝土抗拉强度为计算指标，适应于普通混凝土和高强混凝土；剪跨比是影响剪力墙斜截面承载力的重要因素之一，也影响墙体的破坏形态，试验结果表明，剪跨比越大，受剪承载力越小，剪跨比小于1.5时，剪力墙受剪承载力随剪跨比变化较明显，剪跨比大于2.0时，剪力墙受剪承载力受剪跨比影响不大［4］。

剪跨比相同时，轴压比越大，剪力墙受剪承载力先增大后减小，轴压比小于0.2时，承载力随着轴压比增大而增大，轴压比大于0.2时，受剪承载力随着轴压比增大而降低。低轴压比情况下，竖向压应力可以减小破坏面的应力，延缓裂缝的出现，减小裂缝的宽度和延伸边缘构件对剪力墙斜截面承载力影响显著，随着约束作用的逐步加强，承载力不断增大，墙体的延性降低，主要原因是端部约束作用使剪力墙剪切变形比例增大，发生剪切脆性破坏。试验研究表明，剪力墙中纵向钢筋配筋率对斜截面受剪承载力的影响不大，小剪跨比剪力墙竖向钢筋有增大受剪承载力的作用。边缘构件的纵向钢筋配筋率越大，墙体受剪承载力越大，纵向钢筋对墙体起销栓作用，限制其变形发展。

长度，混凝土受压区面积增大，受剪面积增大。高轴压比情况下，墙体破坏形态有所不同，剪力墙出现小偏心受压破坏，竖向荷载越大，会过早导致受压区混凝土应力过大而压碎。

墙体中剪切裂缝主要是因为主拉应力的存在，接近45°方向，约束边缘构件是剪切裂缝易于贯通的部位，设计时宜加强，日本规范中体现了边缘构件的箍筋对剪力墙受剪承载力的影响。

试验证明，水平荷载的形式对剪力墙的极限承载力影响较小，往复荷载比单调荷载作用下的墙体斜截面受剪承载力降低10%以内［5］。

5　结语

本文论述了剪力墙正截面承载力与斜截面承载力计算公式以及影响承载力的因素，结合以往试验，规范中计算公式偏于保守，应适当对规范中公式修正。

［1］ GB 50010-2010， 混凝结构设计规范［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2010.

［2］ JGJ3-2010， 高层建筑混凝土结构技术规程［M］. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

［3］ 李宏男， 李兵. 钢筋混凝土剪力墙抗震恢复力模型及试验研究［J］. 建筑结构学报，2004（5）： 36- 39.

［4］ 陶松平. 钢筋混凝土剪力墙正截面及斜截面承载力分析［D］. 西安：西安建筑科技大学，2008.

［5］ 宋世研， 叶列平. 中美混凝土结构设计规范构件正截面受弯承载力的分析比较［J］. 建筑科学， 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