内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

常云倩　娄汝伟

摘要：内置钢板钢筋混凝土剪力墙一种新型的墙体结构，承载力高、刚度大、抗震性好是它的优点。虽然内置铜板铜筋混凝土剪力墙得到了光分的应用，但是不论在研究领域还是业界，这种形式的剪力墙的受认识程度还十分有限。本文从内置钢板钢筋混凝土剪力墙的结构简介、发展背景、性能参数分析等几方面进行了论述，系统的分析该种剪力墙的抗震性能。

关键词：置钢板钢筋混凝土剪力墙；抗震性能；变形能力；承载能力；性能对比

引言

伴随着高层建筑的不断出现，内置钢板钢筋混凝土剪力墙因其具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点，在建筑业被得到越来越普遍的应用。

1.内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究背景

1.1刚一混凝土组合结构简介。剪力墙用在剪力墙结构体系，框架剪力墙结构体系，是用在高层建筑结构中。剪力墙是利用建筑外墙和内墙隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，属于下端固定在基础顶面上的竖向悬臂板。竖向荷载在墙体内主要产生向下的压力，侧向力在墙体中产生水平剪力和弯矩，因为这类墙体具有较大的承受水平力（水平剪力）的能力，故被称为剪力墙。剪力墙的高度一般与整个房屋高度相同，自基础至屋顶。在立面上剪力墙常常因开门开窗，穿行管道而需要开设洞口，这时应尽量使洞口上下对齐，布置规则，使洞口至强边及相邻洞口之间形成墙肢，上下洞口之间形成梁。

内置钢板钢筋混凝土剪力墙一种新型的墙体结构，承载力高、刚度大、抗震性好、动力性能好、构件截面尺寸小、施工快速方便是它的优点。

与普通钢筋混凝土结构相比，这种结构具有更高的承载力，内置的钢板钢筋可以与混凝土结构更充分地协同工作，另外，此结构变形能力强且延性好，又比刚结构刚度大，不容易失稳。

1.2刚一混凝土组合结构的发展。从上个世纪80年代初至今，我国的经济飞速发展、钢铁产量快速增长、钢材品种逐步增加、科研经验渐渐积累，内置钢板钢筋混凝土剪力墙结构在我国也得到了越来越普遍的应用。例如，金茂大厦、北京LG大厦、京广中心大厦、上海环球金融中心、深圳地王大厦、赛格广场等超高层建筑，均全部或者部分采用内置钢板钢筋混凝土剪力墙结构。

2.内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能分析

2.1高宽比对于抗震性能的影响。高宽比在墙体破坏形式中有着相当大分量的作用。高宽比越大，墙体的耗散能力越好。墙体的破坏主要原因是弯曲主裂缝的发展，最终导致底部混凝土压碎与边沿钢筋屈曲。高宽的试件比较小，该试件的混凝土强度低，内置钢板较薄，混凝土与钢板之间没有采取任何粘结措施，是破坏仍然呈弯曲的主要原因。这些因素叠加在一起，很容易致使墙体平面外失稳，从而導致墙体的破坏形式与其他较小高宽比的试件差异。

2.2墙体厚度对于抗震性能的影响。结构抗侧承载能力随着钢板钢筋外包的混凝土层厚度的增大而增强。从极限位移值和极限位移角角度来说，厚度小的试件变形能力比厚度大的试件小。原因是，混凝土为钢板提供了较强的约束作用，这样的约束作用有助于防止钢板发生局部屈曲，进而防止试件过早发生平面外失稳。

2.3钢板与混凝土之间的构造措施对于抗震性能的影响。据文献资料显示，用于连接钢构件与混凝土之间的剪力连接件很重要。该构件与内置光钢板试件相比，钢板上焊接栓钉试件的裂缝发展比较缓慢，裂缝数量较少。这表明，栓钉在抑制裂缝开展、保证混凝土与钢板共同工作方面起到了很大的作用。拉结筋对于结构极限承载力、变形能力以及延性的作用微弱，只是对于构件初始阶段的抗震性能有一定帮助，没有在钢板上焊接栓钉的效果好。

2.4内置钢板钢筋混凝土剪力墙与普通剪力墙对比分析。对比内置钢板钢筋混凝土剪力墙与普通钢筋混凝土剪力墙的抗震性能参数可知：内置钢板钢筋混凝土剪力墙的破坏形式变为延性破坏，相对普通钢筋混凝土剪力墙峰值承载力和极限变形能力都有显著提高。延性和耗能能力也有所增强，破坏时的等效粘滞阻尼系数得到了提高，滞回曲线也显得更加饱满。内置钢板钢筋可以显著的提高构件的抗震性能。这样，在承载力相同的情况下，内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗剪刚度更大。这样不但提高了高层建筑的空间使用率，而且所受的地震作用也得到了减小。

3.结论与展望

本文从内置钢板钢筋混凝土剪力墙的结构简介、发展背景、性能参数分析等几方面进行了论述，得出如下结论：

对比内置钢板钢筋混凝土剪力墙与普通钢筋混凝土剪力墙的抗震性能参数可知：加入钢板后，剪力墙的破坏形式由脆性破坏变为延性破坏，峰值承载力和变形能力都有显著提高，延性和耗能能力也有所增强。钢板钢筋对于提高构件的抗震性能帮助十分显著，所以，在相同承载力的情况下，内置钢板钢筋混凝土剪力墙不但拥有厚度小自重轻的特点，而且拥有更好的刚度。这不但使其在建筑市场的应用更为广阔，而且基础尺寸也得到了，所受的地震作用也随之减小。

根据上述论述以及对内置钢板钢筋混凝土剪力墙的结构性能分析，对于内置钢板钢筋混凝土剪力墙的设计方面有以下几点建议：

（1）钢板厚度在允许的范围内，可以适度加厚，以此使墙体拥有一定的延性，防止墙体过早失稳，进而脆性破坏；

（2）提高混凝土强度。混凝土对钢板有很好的约束作用，可以保持其维持刚性结构，墙体的强度和刚度随着混凝土外包层厚度的增大而编号；

（3）刚板上焊接栓钉。焊接栓钉可以提高构件的变形能力、增大构件的延性、提高构件的耗能能力，此措施比钢板打孔穿拉结筋更为有效。