钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能分析与评估

田建平

（中铁房地产集团（天津）置业有限公司　天津市　河北区　300150）

钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能分析与评估

田建平

（中铁房地产集团（天津）置业有限公司天津市河北区300150）

在钢筋混凝土框架-剪力墙结构中，为了避免接头剪力不足，建筑物可设置剪力墙来抵抗水平地震力，剪力墙之劲度远远超过柱，加设剪力墙即可抵抗地震所造成过度的层间扭转，避免建筑物倒塌。由此可知，钢筋混凝土建筑有良好的剪力墙及梁柱接头设计，将使生命财产安全更有保障。本文将对钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能分析与评估进行研究，本文以平衡条件及相容关系，利用应力应变转换观念，模拟钢筋混凝土梁的受力情形，进而利用平衡关系式和相容关系结合混凝土的软化应力-应变组成率，解出钢筋混凝土梁受剪力与扭力等问题。

钢筋混凝土；框架-剪力墙结构；抗震性能；评估

钢筋混凝土框架-剪力墙的规范与标准对梁柱接头的设计理念是以强柱弱梁为主，当地震发生时，期待梁能产生塑性铰来消散地震能量，而柱能持续提供垂直承载能力，以避免建筑物倒塌，接头则扮演连接梁柱的重要角色，因此接头需有足够的抗剪能力来作为消能机构。当地震力产生过度的层间扭转，柱将会产生剪力破坏，失去了承载能力。因此，加设剪力墙除了可阻止过度的层间扭转，并可担任承重墙的角色，无形中可减少柱尺寸，也减少了建筑成本[1]。

1　钢筋混凝土框架-剪力墙结构分析

主要步骤制成与含开口墙构架试体相同，细部说明概述如下[2]：

（1）模板制作：本试验使用两组模板同时制作，一次灌制两个试体。模板主体为1cm厚度木材夹板。为避免灌浆时混凝土的压力造成模板变形，在模板外围施以角材支撑。在试体施力梁侧模有预留数个φ=6.5cm之等间距孔位，以塑胶套管穿过，方便施力时传力作用。

（2）钢筋订制：针对各试体尺寸设计需求，由钢筋加工厂以机器剪裁弯制试验所需钢筋，以力求各部位钢筋之精确性[3]。

（3）钢筋应变计粘贴：将欲粘贴应变计之钢筋位置利用砂轮机磨光，并以丙酮清洁，以专用粘着剂将应变计贴于钢筋磨光处并固定2～3min，再将应变计电线与讯号线分别焊于端片之两端，最后再利用环氧树脂将应变计、端片及裸露之电线包覆起来，以避免灌浆时水分渗入而影响应变计之量测功能[4]。

（4）钢筋组立：将不同号数的钢筋依照配筋图所示之位置绑扎固定，于基座梁、柱、梁依序绑扎完毕后再进行组装工作，然后于边界构件完成后再进行墙筋之配置与固定。最后将应变计之连接线编号并整理捆绑成束。

（5）模板组立：先将基座梁之模板组装完成，然后进行钢筋笼之安置与组装，将组装完成之边界构件钢筋笼做假固定后，再进行其中一侧之墙、柱、梁的模板组装，然后将墙壁钢筋配置固定后再进行另一侧之模板组装，最后在模板上钻孔并利用螺杆及铁丝固定，预留将来固定试体用的螺栓孔位，并在试体两侧架设斜撑以预防灌浆时试体产生倾倒[5]。

（6）混凝土浇置：试体以预拌混凝土灌注，利用帮浦车协助浇灌，灌浆时由基座梁开始浇灌，待完成基座梁灌制后，再由墙顶由上而下同时灌制柱及墙，最后再灌制传力梁，并于浇灌同时利用震动棒确实捣实，尤其是墙体及梁柱接头的部分。在试体灌浆工作进行时亦同时灌制24个混凝土圆柱试体，作为抗压强度追踪之用[6]。在混凝土浇置完成后，再将试体表面以镘刀抹平，即完成灌浆作业。

（7）拆模：为防止混凝土与模板久置后拆模不易，试体灌浆后经24h必须拆模，并在试体上标注灌浆日期以及试体编号。并将拆除之模板分类放置，以利于下一次的试体灌制作业。

（8）养护：试体养护采室内静置大气养护，在养护初期适度浇水于混凝土表面，以防水分过快蒸发而造成干裂现象。

（9）置放：试体直立置放并集中紧密排列整齐，节省试验场占用空间以利下一批试体组装制作[7]。

图1　模型图

2　钢筋混凝土框架-剪力墙混凝土应力-应变关系

钢筋混凝土墙元素材料组成律则采用Mansour与Hsu所提出钢筋混凝土板的混凝土反复应力-应变关系与混凝土中钢筋的反复应力-应变关系。混凝土应力-应变关系曲线定义如下[8]：

图2　钢筋混凝土框架-剪力墙实验前

图3　钢筋混凝土框架-剪力墙实验后

原有裂缝持续延伸扩大，左侧边柱有数条新的水平裂缝产生，墙体也产生了与正向相同的长斜向裂缝，并且左侧柱角的混凝土有明显剥落露出钢筋，此时位移增加但载重上不去，即得极限载重。

3　钢筋混凝土框架-剪力墙抗震能力的评估分析

由各试体之迟滞圈图中可发现，除了在反复载重下有劲度衰减之现象外，纯构架和含墙构架在迟滞圈形态上有明显不同。纯构架在达到最大抗力后，还能够抵抗多次的往覆载重，呈现弯矩控制的行为。含墙构架在达到最大抗力后即开始陡降并破坏，呈现剪力控制行为。各试体在钢筋降伏前的劲度大多比试验结果要高，造成此现象的原因可能是理论分析时有很多的假设是理想化的结果，而事实上试体本身充满不确定性，如钢筋与混凝土间的握裹力、接头刚性程度、施工品质等，再者混凝土并非均质材料，以至于过多理想化的假设造成分析与试验结果的差距[11]。因此，若能将这些因素整合归纳，在程式编写中考虑进去，也许就能缩小分析与试验上的差距。一旦模型与分析定义后，使用者就必须选择在分析过程中所要监测的结果，举例来说，如节点的位移历时、元素在暂态分析时的内部状态或是在求解的过程里每个步骤中模型的所有状态。因此许多的Recorder物件被创造来储存使用者所想要检阅的资料。由高宽比较大的高型钢筋混凝土-剪力墙试体可看出，其结构行为类似于悬臂梁之结构反应，当侧向力达到最大抗力之后仍能维持稳定的韧性。与其他剪力控制之试体相较，明显能抵抗较大之变位，提供更好的结构韧性。

4　结论

将钢筋混凝土-剪力墙加入构架中可提高结构物的抗震性，因为钢筋混凝土-剪力墙可提高结构物之强度，配合理想的边界条件，更可增加能量消散的能力；虽然韧性会降低，但在实际结构物中，钢筋混凝土-剪力墙只是局部配置，在剪力墙受力导致破坏之后，其他构架部份仍可提供更多韧性，以便于破坏前有更多预警。

[1]胡强，廖天军，邓志恒.钢桁架连梁-剪力墙结构低周反复荷载试验与抗震性能研究[J].地震工程与工程振动，2014，01：156～164.

[2]刘建民，孙兵，何杰.施工缝设置方式对剪力墙结构抗震性能的影响研究[J].工业建筑，2014，02：64～68.

[3]于金光，郝际平，宁子健，等.半刚性框架-槽钢十字形约束钢板剪力墙结构抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2014，06：75～83.

[4]袁康，李英民，张松柏.单向壁式框架对剪力墙结构体系抗震性能影响的研究[J].工业建筑，2014，07：37～41+59.

[5]王泽军，孔令仓，任家福.落地墙厚度对框支剪力墙结构抗震性能的影响研究[J].工业建筑，2014，07：42～45+158.

[6]王学峰，王曙光，张敏，等.空心柱-箱型转换层-剪力墙结构抗震性能研究[J].建筑科学，2014，07：107～113.

[7]李昊，陈新，赵薇薇.转换梁截面尺寸改变对框支剪力墙结构抗震性能的影响[J].工业建筑，2014，S1：264～268.

[8]陈长美，钱江，陈长锡.超限高层框支剪力墙结构的抗震性能分析[J].结构工程师，2014，05：110～116.

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）23-0064-02

2015-2-25

田建平（1978-），男，工程师，本科，主要从事规划设计工作。