谈钢筋混凝土剪力墙的破坏
2017-04-07郭迎春
郭 迎 春
(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)
谈钢筋混凝土剪力墙的破坏
郭 迎 春
(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)
介绍了剪力墙的概念，从轴心受压或偏心受压、轴心受拉或偏心受拉、偏心受压或偏心受拉斜截面受剪承载力三方面，分析了剪力墙的破坏特点，阐述了剪力墙在结构体系中的受力及在各种结构体系中的布置形式。
剪力墙，钢筋混凝土，斜截面，受拉构件
0 引言
结构的整体破坏，首先是构件的破坏。剪力墙在结构体系中是非常重要的受力构件，而混凝土又是非常普遍的基建材料，所以弄清楚混凝土剪力墙的破坏形式有哪些，混凝土剪力墙的破坏机理是什么，在具体的设计过程中是非常重要的，也是结构设计人员基本的职业素养。
1 概念定义
剪力墙在竖向和水平荷载的作用下，在截面中产生的内力有弯矩，剪力和轴力。墙肢可能轴心受拉或偏心受拉，轴心受压或偏心受压。须进行正截面及斜截面的承载力计算。
2 剪力墙破坏特点
2.1 轴心受压或偏心受压
纵向力N与构件的轴线重合时为轴心受压，不重合时称为偏心受压。当N的作用线与墙轴线在一个主轴方向不重合时，称为单线偏心受压，若两个方向轴线都不重合，称为双向偏心受压构件。构件截面上受有轴向压力N的同时，还有弯矩M和剪力V，那么这类构件也称为偏心受压构件。
轴心受压破坏：构件因为混凝土被压碎而破坏。
偏心受压构件破坏：主要与荷载的相对偏心距(e/h)及配筋率p有关。一种为大偏心受压破坏，首先是受拉钢筋达到屈服，然后是受压钢筋屈服，最后是受压混凝土压碎，导致构件破坏，这类破坏也称为受拉破坏。另一种为小偏心受压破坏，当偏心矩很小时，构件全截面受压，或者，偏心距虽较大，而受拉钢筋较多，构件截面大部分受压，少部分受拉，中和轴距受拉钢筋很近，受拉钢筋不会屈服。此种工况破坏特征是受压区混凝土首先破坏，靠近轴向压力一侧的受压钢筋屈服，另一侧钢筋不论是受拉还是受压均不会屈服。
2.2 轴心受拉或偏心受拉
当轴力N作用于截面形心时，称轴心受拉。当轴力N作用偏离截面形心时，或截面上既作用有纵向拉力N，又作用弯矩时，也称偏心受拉构件。
轴心受拉构件，混凝土开裂前，混凝土和钢筋共同受力，开裂后，混凝土退出工作，钢筋达到屈服时，构件受拉破坏。
偏心受拉构件，截面上同时承受拉力N和弯矩M。其偏心距e=M/N,当偏心距e0
2.3 偏心受压或偏心受拉斜截面受剪承载力
剪力墙在竖向和水平荷载的作用下。除承受轴力N和弯矩M外，还承受剪力V的作用。当横向剪力较大时，对这类偏心受力构件，除进行正截面计算外，还应进行斜截面承载力计算。理论分析和实验表明：在剪，压，弯组合应力状态下，轴向压力不但能阻止而且还能滞后斜裂缝的出现和开展，对构件承受抗剪是有利的。在剪，压，弯组合应力状态下，轴向拉力对构件的抗剪强度是有害的，使构件的受剪承载力明显降低，降低的幅度随轴向拉力N的增大而增大。
3 剪力墙在结构体系中的受力
各种结构体系是由竖向构件剪力墙或剪力墙、柱与水平构件梁板楼组成的空间结构，剪力墙既承担竖向荷载又承担水平荷载。
竖向荷载通过水平梁板体系传递给各片墙，各片墙的竖向荷载按照受荷面积分配，在墙肢内主要产生轴力。
水平荷载作用时，刚性楼板把各片剪力墙连在一起协同受力，当结构所受的水平合力与结构刚度中心重合时，同一楼层标高处的各片剪力墙侧向位移相等，结构不会产生扭转。各片剪力墙所受的剪力大小是按其抗侧刚度分配的。当结构的水平合力与结构刚度中心不重合时，结构就会产生扭转，各片剪力墙分配到的剪力与不考虑扭转时分配到的剪力不同，对各片剪力墙进行剪力修正，一般情况下，离刚心愈远的剪力墙，其剪力修正的也越多。
剪力墙上往往要根据建筑功能的需要设置洞口，它的受力情况随墙上开洞的大小，形状，位置不同而不同。当为整体墙时，可以整体悬臂柱方法计算墙在水平作用下截面内力，即按上端自由，下端固定的悬臂构件求M,V。当为整体小开口墙，满足墙肢承受的局部弯矩小于其总弯矩的15%，且各楼层墙肢在高度方向上基本不出现反弯点，此时整体小开口墙也可以作为一个竖向悬臂构件计算。双肢墙及多肢墙，可以沿连梁反弯点切开，以相应求出的力代替，则墙可分为两个或多个独立的墙肢，每个墙肢也是上端自由，下端固定的悬臂柱，从而求出各个墙肢的内力及位移。
4 剪力墙在各结构体系中的布置
剪力墙结构中的剪力墙平面布置应尽可能均匀、对称、周边化，双向布置形成空间结构，使结构的刚度中心与质量中心重合，减少扭转，加大结构的抗扭刚度。抗震设计时，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使用两个方向的抗侧刚度接近。内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙抗侧刚度大，如果在某一层或几层切断剪力墙，易造成楼层刚度突变，因此剪力墙沿竖向宜均匀、连续、不要使结构刚度突变，避免形成软弱层，薄弱层。结构的承载力也宜自下往上逐渐减小，墙厚和混凝土等级沿竖向宜逐渐减小，且两者不宜在同一楼层改变。墙肢长度也不宜突变。
框架—剪力墙为双向抗侧力结构体系，结构两个方向均应布置剪力墙。如果在一个方向布置剪力墙，而另一个方向不布置剪力墙，那么无剪力墙的方向抗侧力刚度可能不足，使不布置剪力墙的方向有纯框架性质，结构体系不是多道防线，地震作用下结构往往在此方向首先破坏。同时在一个方向布置剪力墙，另一个方向不布置剪力墙，会使结构在两个方向的刚度差异过大，产生很大的结构性扭转。即使在两个方向的结构平面尺寸较大时，也应在两个方向布置剪力墙。根据规范的规定，框架—剪力墙结构中的剪力墙应按“均匀、对称、分散、周边”的基本原则布置。
筒体结构中的剪力墙，其实筒体结构中的剪力墙筒也是剪力墙，是由若干片剪力墙肢所围城的封闭筒墙。它比一般剪力墙肢具有更大的刚度。在平面布置上，不应在核心筒的角部开洞，且尽量避免在外墙的水平方向上连续开洞，使封闭的筒体形成开口剪力墙，或外墙出现小墙肢等薄弱环节。外墙的厚度应比内墙厚，布置宜规则、对称。在竖向布置上应尽量贯通建筑物全高。
板柱—剪力墙结构中的剪力墙宜布置在建筑物的楼梯间、电梯间，平面形状变化或恒载较大的部位，均匀布置在结构的周边，不宜过分集中，不宜集中布置在房屋的两尽端。在高度方向上，剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免抗侧刚度突变，形成软弱层，薄弱层。如果根据建筑功能或结构受力要求，需在剪力墙开洞，洞口宜上下对齐。
5 结语
混凝土剪力墙在框架—剪力墙、剪力墙、框架—核心筒等体系中均为水平荷载和竖向荷载中主要受力构件。混凝土剪力墙作为一个构件，可能受轴力、剪力、弯矩作用，或几种作用力同时存在，只要受力分析清楚，按受力结果配筋即可，是平面结构。在各种体系中，剪力墙则是一种空间结构，空间位置的不同，墙布置多少的不同，对结构安全性，建筑的合理性、经济性都特别重要。因此，剪力墙的破坏分析，是结构体系整体把握，概念设计前提下的构件受力分析。
[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].
[2] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3] GB 50011—2010,混凝土结构设计规范[S].
[4] 张维斌.混凝土结构设计问答[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
Discussion on the destruction of reinforced concrete shear wall
Guo Yingchun
(TaiyuanArchitecturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)
This paper introduced the concept of shear wall, from the axial compression or eccentric compression, axial tension or eccentric tension, eccentric compression or eccentric tension oblique section shear bearing capacity three aspects, analyzed the failure characteristics of shear wall, elaborated the force of shear wall in structure system and the layout type in all kinds of structure system.
shear wall, reinforced concrete, oblique section, tensile member
1009-6825(2017)17-0044-02
2017-03-16
郭迎春(1977- )，男，工程师
TU375
A
