浅谈剪力墙肢的抗震设计

近年来随着高层建筑的不断增加，剪力墙结构，框架剪力墙结构和框架核心筒结构得到广泛的应用，剪力墙肢已成为多高层钢筋混凝土抗震结构中起关键作用的结构部件；如何设计好这类结构（尤其是剪力墙肢的设计）成为结构设计人员最关心的问题。

1 剪力墙肢抗震设计的基本思路

把《建筑抗震设计规范》的设计条文归纳一下，对于各墙段的高度与墙段长度之比大于3的剪力墙肢，其抗震基本思路如下：①剪力墙肢应设计成延性墙肢，强震时剪力墙肢可以进入屈服后状态；②一般来讲剪力墙肢的墻底截面弯矩和剪力均为最大，塑性铰出现在剪力墙肢底部截面的可能性最大也更为现实，国家相关规范也都是提出一系列措施引导塑性铰出现在墙肢底部截面；③为了提高塑性铰区高度范围内剪力墙肢的延性性能，对墙肢底部加强区部位应采取加强措施；④强震时剪力墙容易发生剪切破坏，在达到一定位移延性之前应采取措施保证墙肢不会提前发生剪切破坏。

以上这些抗震设计思路为基本的设计思路，可能有些具体问题还值得大家进一步研究思考，应根据工程复杂情况进行具体分析，本人通过工程实践总结了以下两点值得注意的问题：①剪力墙肢底部出现塑性铰时，抗水平力刚度会急剧下降，侧向变形加大，内力在竖向构件中进行重分布，在框架剪力墙和框架核心筒结构中框架部分将承担更大的水平力，这部分水平力在多遇地震作用下是无法考虑清楚的，规范对这部分框架结构的总剪力也进行了调整，其框架剪力按0.2V0和1.5Vfmax二者的最大值采用，保证框架结构不至于因墙肢出现塑性铰而导致过早的破坏。如何保证墙肢底部截面不出现过早屈服，成为保证整体结构安全的关键因素，其措施是保证墙肢底部加强区部位配筋满足多遇地震作用力的计算要求且应满足一定的构造措施，适当加强配筋也是必要的。建议在规范现有的基础上适当增大剪力墙肢底部截面的抗弯能力和抗剪能力（如提高箍筋体积配箍率，加大截面尺寸，加强纵筋等），保证墻肢底部截面不过早形成塑性铰；②一般高层建筑的剪力墙结构，框架剪力墙结构或框架核心筒结构的剪力墙或核心筒沿建筑高度连续布置，某些建筑因为建筑布置需要在中间某个楼层设置了转换层，因为转换层楼层梁平面刚度很大，计算时会发现转换层上下楼层剪力墙肢或核心筒壁中的弯矩会相当大，容易在转换层上下层部位形成薄弱层，对于这种建筑布置的情况，建议通过调整转换层上下楼层的抗弯能力和抗剪能力（加大竖向构件的截面尺寸等措施）来避免塑性铰发生在转换层上下楼层的墙肢中，这样更加符合我们对墙肢的设计要求！

2 实现剪力墙肢抗震目标的措施

（1）剪力墙底部截面以上的墙肢组合弯矩进行放大调整。在墙肢底部加强区及以上一个楼层的高度范围内，墙肢的组合弯矩及剪力均不调整，也就是在这个高度范围内剪力墙各截面的纵向钢筋，分布筋等均不加大，抗弯及抗剪能力不增强，而将这个高度范围以外的上部墙肢截面组合弯矩均放大1.2倍，保证不会在墙肢底部及以上一个楼层的高度范围外形成一个薄弱截面，保证塑性铰区在墙肢底部的一定范围内产生，使之更加符合我们的抗震设计思路。并按放大后的截面弯矩和相应截面轴力，截面剪力来作上部剪力墙截面的设计，目的是希望在墙肢底部塑性铰形成的过程中上部不出现新的可能屈服的截面。

（2）强剪弱弯。与框架梁柱类似，在剪力墙肢底部出现塑性铰且墙肢的屈服后变形达到预计的大震下位移延性之前，强剪弱弯是避免剪力墙肢出现剪切失效的有效措施，强剪弱弯主要由两方面来保证，一方面可以通过对构件截面组合剪力的放大，使墙肢在作用剪力可能偏大时仍能保证所需的高延性；另一方面则要求抗震抗剪公式能反应墙肢在屈服后达到足够大的位移延性系数时的抗剪能力。小剪跨比的墙肢更容易出现剪切破坏，对这类墙肢应作出更为严格的要求；由于施工技术方面的原因施工过程难免会在剪力墙肢水平方向留设施工缝，施工缝处难免形成一个薄弱部位，《高层建筑混凝土结构技术规程》规定抗震墙肢还应当对施工缝的抗剪能力进行验算，施工缝处抗剪是沿水平剪切破坏面的抗剪能力，它不同于在腹板中因混凝土斜向压溃而形成的斜压型剪切破坏，也不同于沿斜裂缝的剪压型或斜拉型剪切破坏，试验研究表明，这种剪切破坏只能用剪摩擦理论来解释，规范也是依此来建立抗剪公式的，设计时应注意对施工缝处的抗剪能力进行补充验算！

（3）提高塑性铰区高度范围内墙肢延性能力的第一个措施：轴压比限值。大部分墙肢处在偏心受压状态，因此与柱相同，使墙肢轴压比不超过规范规定的限值是保证墙肢延性的首要措施，避免墙肢受压区混凝土过早压溃。《建筑抗震设计规范》规范中规定一二三级抗震墙肢在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比：抗震等级为一级时9度区不宜大于0.4，其它烈度区不宜大于0.5抗震等级为二三级时不宜大于0.6；与柱的轴压比限值对比可以发现规范规定墙肢的轴压比限值偏低；这是因为：一方面与柱实体截面相比，墙肢端部（特别是一字型墙肢两端和T型截面墙肢无翼缘的一端）的压溃对应的混凝土极限压应力比柱偏小，故墙肢轴压比比柱要求严格是合理的；另一方面一般计算出来墙肢的轴压比比柱偏小（这是因为在受荷从属面积相同的情况下，柱的截面一般较小，而墙肢虽然厚度不大，但是长度较长，故截面通常相对柱的截面偏大），因此规范规定的墙肢轴压比限值不会引起设计困难。

（4）提高塑性铰区高度范围内墙肢延性能力的另外一个措施：设置剪力墙肢边缘构件。与框架柱类似，墙肢的弯矩和剪力大部分为正负交替作用，墙肢的边缘处于受压状态，通过配置箍筋加强约束可以提高这部分混凝土的极限压应变和抗压强度，纵筋也由于箍筋的约束不容易出现局部失稳，提高了墙肢的位移延性。规范把边缘构件设置分为两种：约束边缘构件和构造边缘构件；约束边缘构件设置在剪力墙肢底部塑性铰区部位，通过对箍筋体积配箍率，纵筋配筋率等的构造要求加强配筋，满足塑性铰区高延性的要求；构造边缘构件设置在墙肢塑性铰区以外的墙肢边缘，满足配筋构造要求即可。

3 结束语

通过以上分析可以得知，设计剪力墙肢时应尽可能引导剪力墙肢塑性铰出现在墙肢底部，并应通过构造措施避免塑性铰的过早形成；尽可能控制墙肢上部不出现塑性铰，如果不可避免，也要准确判断其位置，采取必要的加强措施；墙肢还应通过具体的计算和构造加强措施使其直到所在设防烈度区的罕遇地震反应为止，都不宜出现剪切破坏。

［1］GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］.

［2］王亚勇，戴国莹.建筑抗震设计规范疑问解答［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［3］GB50010-2002混凝土结构设计规范［S］.