竖缝钢板剪力墙抗震性能研究综述

阚义森　马　珍 / 华北理工大学建筑工程学院

竖缝钢板剪力墙抗震性能研究综述

阚义森马珍 / 华北理工大学建筑工程学院

随着社会的进步与发展，钢结构产业化也得到了迅猛发展。由于钢结构具有轻质高强，抗震性能优越，力学性能良好等优点，因此它逐渐成为高层以及超高层结构的主要组成形式。对于高层钢结构来说，它与单层和多层结构的不同点主要为，在高层钢结构中水平地震荷载以及风荷载起控制作用，然而重力荷载起到的作用较前两者来说较小。所以在高层钢结构中抗震体系成为结构的重要组成部分。而本文研究的新型耗能竖缝剪力墙结构作为一种新型的抗震结构体系，它具有良好的结构性能。

竖缝剪力墙；耗能；抗侧刚度；抗震性能

前言

地震是人类始终要面临的最为严重的自然灾害之一，抗震减灾研究已成为关系到国家财产和人民安全的大事。我国是一个地震多发国家，地震发生区域广阔而分散，地震强度大，震源深度浅，而且发生频繁，地震对国家和人民都带来了严重的影响［1］。因此，工程结构的抗震问题在国民经济的建设中便显得尤为重要。

钢结构由于自重轻、结构性能好、施工速度快等原因已成为高层以及超高层建筑的主要结构体系，但高层及超高层建筑受水平地震荷载和风荷载的作用比较严重，为了既满足建筑物在风载及常遇地震下人们舒适性和安全感的要求，又保证地震时建筑物具有柔性的特点。因此期望研究出一种在正常使用时刚度大，当遇到强烈地震作用时可吸收地震能量，而且在刚度又较低的新型抗震结构。由于钢结构自身的抗侧刚度，因此研究各种抗侧力构件已经成为钢结构研究中的一个重要课题。

一、国内研究现状及分析

国内学者对剪力墙的研究，相对起步比较晚。同济大学、清华大学、天津大学、北京工业大学、东南大学、西安建筑科技大学等单位做了很多研究工作。由于传统现浇钢筋混凝土剪力墙结构自重大、刚度大、地震作用大、延性差并且以受剪破坏为主，在发生强震时容易产生脆性破坏等诸多缺点，为此，不少学者又开始研究改善剪力墙抗震性能的措施。

我国对带竖缝钢板剪力墙的研究目前还处于初级阶段，国内对钢板剪力墙的系统研究也比较少。同济大学李国强［2］等进行过钢板外包混凝土剪力墙板的低周反复荷载模型试验得出，钢板剪力墙经混凝土外包以后具有很大的刚度和承载力，并且有很好的延性，但由于混凝土的施工周期长，严重影响了钢结构的施工工期。清华大学郭彦林，陈国栋等［3-5］对薄钢板剪力墙和设置十字型加劲肋的钢板剪力墙进行过抗剪承载力研究，提出了薄钢板剪力墙和设置十字加劲肋钢板剪力墙抗剪承载力的简化设计公式。河北省地震工程研究中心［6］对在混凝土框架中使用的薄钢板剪力墙进行了试验，试验表明薄钢板剪力墙可用于地震地区既有建筑的加固或者作为新建筑的抗侧力体系，建议钢板的高厚比宜大于 800。武汉理工大学苏磊［7］和华南理工大学的温沛纲［8］对带竖缝钢板剪力墙进行了理论分析，有限元模拟和试验研究，推导了带竖缝钢板剪力墙抗侧刚度和承载力的计算公式。

二、带竖缝钢板剪力墙的优点和缺点

根据“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计原则，结构的抗震性能的优劣取决于抗震构件吸收和耗能的能力，带竖缝钢板剪力墙较其它构件有着优良的塑性变形能力，而塑性变形正是吸收和耗能的有效手段。根据国内的研究成果可知，带竖缝钢板剪力墙的优点主要有以下几点：

1.改善了延性，并且使结构更加稳定；

2.带竖缝钢板剪力墙可用于结构加固，由于其重量轻，并不需要在对基础进行改造；

3.由于狭缝的作用，使整块板就像几个并列排放在一起的柱子的作用，并且先发生弯曲变形，与其他抗侧力构件相比可有较大的层间位移角；

4.带竖缝钢板剪力墙与柱子分开，地震作用后可对剪力墙进行重新安装；

虽然带竖缝钢板剪力墙有以上诸多优点，但是要作为一套成熟的抗侧力体系被大量采用还有很多不足之处。带竖缝钢板剪力墙的不足之处主要有以下几点：

1.为了减少加工过程中的缺陷，带竖缝钢板剪力墙的竖缝需要用激光来切割，这就会在一定程度上增加剪力墙的造价；

2.与未开缝的钢板剪力墙相比，带竖缝钢板剪力墙的缝的开设一定程度上降低了剪力墙的强度和刚度，削弱了钢板剪力墙的整体性；

3.由于带竖缝钢板剪力墙的左右两端没有和框架的柱子相连，因此就会造成其边界约束条件较弱，平面外稳定性差，要想再保证其平面外稳定性，则需另在剪力墙的左右两端设置竖向加劲肋，但其对剪力墙的约束能力要明显弱于柱子。因此剪力墙在设计过程中受到稳定性的制约；

三、结论与展望

竖缝钢板剪力墙具有良好的抗震性能和耗能能力，是一种在正常使用情况下刚度大，遇强烈地震作用时刚度低，并使建筑物在水平地震荷载以及风载作用下能满足人们安全感和舒适性的要求，并能吸收地震能量的一种新型剪力墙。本文对竖缝钢板剪力墙抗震性能进行了系统性的理论分析，得出了以下主要结论：

1.竖缝钢板剪力墙其结构在抗震性能方面的优越性已得到了试验和理论的验证，且该种剪力墙施工方便、构造简单、自重轻，并且具有良好的工程发展前景。

2.狭缝的存在避免使结构发生剪切破坏：狭缝的开设，虽然降低了竖缝钢板剪力墙的整体抗侧刚度，可是改善了其板的受力性能。

本文虽然对竖缝钢板剪力墙进行了系统性地研究，但目前对其研究还处于试验阶段，尚未应用于实际工程，并且还有很多不足之处。对于该新型多功能钢筋混凝土剪力墙的抗震性能，还需要在以下方面进行研究：

1.竖缝的开设在很大程度上降低了带缝钢板的整体抗侧刚度，因此对缝的开设尺寸还需进行优化设计，以减少钢材的用量，从而降低工程造价；

2.研究连接键长度及数量、墙肢不同高宽比对墙体抗震性能的影响，从而更加全面掌握该竖缝钢板剪力墙的各项性能。

3.进行整体多层模型的振动台试验研究，以利于掌握地震作用下结构整体响应及破坏形态。为新型多功能剪力墙结构设计和构造措施提供依据。

［1］杨德健，王铁成，双排桩支护结构受力变形及影响因素分析，建筑结构，2008年4月，vol.38，No.4（50-52）.

［2］李国强，张晓光，沈祖炎.钢板外包混凝土墙板抗剪滞回试验研究［J］.工业建筑，1995.25（6）：32-35.

［3］陈国栋，郭彦林.钢板剪力墙低周反复荷载试验研究［J］.建筑结构学报2004.25（2）：19-26.

［4］陈国栋，郭彦林.十字加劲钢板剪力墙的抗剪极限承载力［J］.建筑结构学报，2004.25（1）：71-78.

［5］陈国栋.钢板剪力墙结构性能研究［D］.清华大学，2002.

［6］苏幼坡，刘英利，王绍杰.薄钢板剪力墙抗震性能试验研究［J］.地震工程与工程震动，2002.22（4）：81-84.

［7］Toko Hitaka，Chiaki Mastsui.Experimental of Study on Steel Shear Wall with Slits［J］.Journal of Structural Engineering， 2003.129（5）：586-594.

［8］温沛纲.带缝钢板剪力墙理论分析与实验研究［D］.华南理工大学，2004.