组合剪力墙的抗震研究与发展_王敏

1、 DO I :10.13197/j .eeev .2007.05.015第 27卷 第 5期 地 震 工 程 与 工 程 振 动Vol.27 No.5Oct.2007JOURNALOFEARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINE RINGVIBRATION 2007年 10月文章编号:1000-1301(2007)05-0080-08组合剪力墙的抗震研究与发展王敏1, 2 , 曹万林1, 2 , 张建伟1(1.北京工业大学 建筑工程学院, 北京 100022;2.城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室, 北京 100022) 摘要 :剪力墙是高层建筑结构中的核心抗侧力部件,

2、 研制抗震性能好的剪力墙, 是建筑抗震设计的关键技术之一。 组合剪力墙包括不同材料和不同结构形式的组合, 可以发挥不同材料和不同结构形式各自的优势, 使剪力墙的延性和耗能能力得以提高, 从而改善其抗震性能。 本文对国内外一些新型组合剪力墙的抗震研究工作进行了归纳总结, 并对其发展作一展望。 关键词:混凝土;型钢;钢管;钢板;组合剪力墙;抗震性能 中图分类号:TU 375;P315.951文献标志码:ASeismicresearchanddevelopmentincompositeshearwals WANGMin1, 2 , CAOWanlin1, 2 , ZHANGJianwei1(1.Th

3、eColegeofArchitectureandCivilEnginering, BeijingUniversityofTechnology, Beijing100022, China; 2.KeyLabofUrbanSecurityandDisasterEnginering, MOE, Beijing100022, China) Abstract:Shearwalisamaincomponenttoresistlateralforces, whichhasbenmostlyusedinhigh-risebuild-ings.Sotodeveloptheshearwalswhichhavebe

4、terseismicbehaviorisoneofthekeytechniquesoftheseismic design.Compositeshearwalsincludecompositionofdiferentmaterialsanddiferentstructuretypes, whichcan fulydisplaythesuperiorityofdiferentmaterialsanddiferentstructuretypes.Ductilityandenergydisipationca- pacityofshearwalshavebenincreasedandseismicbeh

5、aviorhasbenimproved.Recentseismicresearchsitua- tionandprospectofcompositeshearwalsaroundtheworldhavebenintroducedinthispaper. Keywords:concrete;profiledstel;steltube;stelplate;compositeshearwal;seismicbehavior 引言钢筋混凝土高层建筑通常由梁、柱、楼板和剪力墙及筒体构成 , 剪力墙和由剪力墙组成的筒体是高层建筑抗震的核心抗侧力部件, 其抗震性能对于高层建筑的安全可靠有着至关重要的作用。研

6、制抗震性能好的剪力墙, 是高层建筑抗震设计的关键技术。 近年来, 随着社会经济的发展, 高层建筑越来越多, 特别是追求个性化的大型复杂高层建筑日益增多, 对剪力墙及由剪力墙组成的筒体的抗震性能要求也越来越高。因此, 国内外不少学者为了改善剪力墙的抗震性能, 提出了各种新型的剪力墙, 如各种类型的开缝剪力墙和组合剪力墙。其中, 开缝剪力墙主要包括:同济大学吕西林提出的填充氯丁橡胶带的带缝剪力墙 1 ;东南大学李爱群提出的采用摩阻式控制装置的带缝剪力墙 2 ;清华大学叶列平提出的双功能带缝剪力墙 3 ;东南大学戴航提出的带水平短缝槽形成 X形削弱的 收稿日期:2007-03-09; 修订日期:20

7、07-04-25基金项目:国家自然科学基金项目(50678010);北京市属市管高校拔尖创新人才基金(05004311200501);城市与工程安全减灾教育部重点实验室基金项目 作者简介:王 敏(1981-), 女, 博士研究生, 主要从事工程抗震研究.E-mail: 81第 5 期王 敏等:组合剪力墙的抗震研究与发展低剪力墙等 4 。组合剪力墙按照组合形式可分为单一组合剪力墙和双重组合剪力墙。单一组合剪力墙是指只采用一种组合形式的剪力墙, 应用和研究最多的是钢 -混凝土材料组合剪力墙, 主要包括 :型钢和钢筋混凝土组合剪力墙, 即型钢

8、混凝土剪力墙、带钢管混凝土边框的剪力墙 、钢板和钢筋混凝土组合的剪力墙。双重组合剪力墙是指采用两种组合形式的剪力墙, 如不同受力体系和不同材料的双重组合, 本文对这种剪力墙已进行了一定的研究。 1 单一组合剪力墙1.1型钢混凝土组合剪力墙我国从 20世纪 50年始应用型钢混凝土 (SRC)结构, 80年代中期以后进行了大量的试验研究工作 , 近年来应用日渐增多 5 。型钢混凝土剪力墙虽然在实践中已有一些应用, 但过去对其性能研究较少, 认识不够, 因而应用也较为有限。随着 SRC结构及混合结构的广泛应用, 型钢混凝土组合剪力墙必将成为常用构件, 型钢混凝土组合结构技术规程 (JGJ138-20

9、01编)入了型钢混凝土剪力墙设计的内容。 90年代初清华大学就对 SRC剪力墙进行了抗弯性能试验研究 6 , 图 1 所示为试验时的模型及截面配筋形式, 给出了轴压比在 0.11 0.15 时中 、高型钢混凝土剪力墙的破坏形态 、开裂荷载、极限承载能力和塑性铰区高度等, 提出了相对位移限制及构造措施等设计建议;1995 年对 4 片钢骨混凝土剪力墙进行了其抗剪性能的试验 7 , 考察了破坏区的极限剪切角, 回归了斜裂缝开裂荷载和抗剪承载力的计算式。 西南交通大学黄雄军 、赵世春等进行了 4个型钢混凝土和 1个钢筋混凝土低剪力墙的试验研究 8 -10 ,图 2为试件的外形尺寸及配筋图。试验表明,

10、 劲性混凝土边框较钢筋混凝土边框有良好的抗震性能, 可以作为抗震的第二道防线。他们提出了叠加形式的带边框低剪力墙的抗剪承载力计算公式, 结合有限元分析提出了边框柱发生弯曲破坏的低剪力墙极限承载能力计算模型, 建立了计算公式。东南大学的蓝宗建等, 针对底层框架-剪力墙多层砖房的剪力墙抗震问题, 对钢筋混凝土墙内设置型钢刚架的低剪力墙和型钢混凝土开洞低剪力墙进行了低周反复荷载试验研究 11, 12 , 对底层框架 -剪力墙多层砖房模型进行振动台试验研 究 13 。试验表明, 型钢骨架能够控制剪力墙中裂缝的发展, 形成较完备的耗能机制, 起到了良好的二道设防 作用, 使结构的抗震能力明显提高。 20

11、04年同济大学武敏刚、吕西林对钢骨联肢剪力墙进行了抗震性能试 验研究 14。试验表明, 钢骨混凝土低剪力墙的剪切破坏形态与普通混凝土低剪力墙的破坏形态没有明显区 别, 但钢骨的存在使得墙体抗剪承载力大大提高, 也使得墙体刚度趋于平缓, 同时墙体的延性也有所提高。随着国家产业政策的推动, 提倡推广建筑用钢, 这就使得型钢混凝土结构的发展具有广阔的前景。型钢 混凝土组合剪力墙在高层混合结构中应用越来越多。大连国贸中心大厦 (高 330m)、北京新保利大厦 (高 100m)、北京财富中心 (高 155m)、北京 LG大厦(高 149m)、北京中关村科技大厦 2 楼(跨度 18m)等高层混合结构的核心

12、筒都应用了型钢混凝土组合剪力墙, 这一新型剪力墙的应用正呈良好的发展势态。 #图 2 带边框低剪力墙试件的外形尺寸及配筋Fig.2 Sizeandreinforcementoflow-rise shearwalspecimenswithframe 图 1 SRC剪力墙模型及截面配筋形式Fig.1 SRCshearwalmodelsandreinforcementtypes 日本是强地震多发国家, 对型钢混凝土结构的理论和试验研究工作比较深入, 应用最广。型钢混凝土结构与钢结构 、木结构和 RC结构并列为四大结构之一 15 。 1905年日本便建造了第一个采用型钢混凝土柱的结构, 对型钢混凝土结

13、构进行的基础性研究是从 1920年开始的, 大规模有系统的研究是从 1950年开始的, 基本上以格子形空腹型钢构件为主。 1950 1956 年, 82地 震 工 程 与 工 程 振 动 第 27 卷日本主要研究了 SRC梁的抗弯性能、SRC柱的偏压性能、SRC梁和柱的剪切性能 、SRC梁柱节点抗剪性能及钢管与混凝土的黏结性能等, 以这些研究成果为基础, 日本建筑学会于 1958年制定了以累加强度为基本体系的钢骨混凝土设计规范。之后在 1963年、1975年和 1987 年分别做了 3次修改 16 。 1987 年日本出版了钢骨混凝土结构设计规范第三版 (AIJ-SRC),此 规范增加了水平承

14、载力验算的条款, 并给出了梁柱节点、连 17 接 、柱脚及剪力墙等的计算公式 。 日本学者 YamadaMinoru对各种型钢混凝土组合剪力墙进行了探讨 18 , 进行了 3组 1/5缩尺的模型试验, 第 1组为 :厚度分别为 40mm、30 mm、22.5 mm和 10 mm的 4个型钢混凝土框架钢筋混凝土剪力墙和 1个没有混凝土填充墙的型钢混凝土框架;第 2组为 :埋入钢板撑的型钢混凝土剪力墙板 , 按照钢板撑平行于剪力墙板和垂直于剪力墙板两种方式设计 2个试件 ;第 3组为 :厚度分别为 1.2mm和 2.3mm的 2片钢板剪力墙, 以及在这 2片钢板剪力墙基础上外包钢筋混凝土的 2片剪

15、力墙。图 3所示为 3组试验试件。试验结果表明, 型钢混凝土剪力墙的承载机制由混凝土对角受压区组成, 初始刚度和极限承载力很高, 但是由于混凝土的压坏, 变形能力很小。相反, 型钢混凝土框架填充钢板剪力墙的承载机制由钢板的对角受拉区组成, 初始刚度不高, 但是通过对角拉区的变形, 极限强度相当高。由于钢的受拉屈服, 塑性变形总的来说很大。这两种受力机制的组合使得控制组合结构的抗震性能成为可能。 日本学者 MatsumotoToshio对填充预制混凝土板的型钢混凝土多层剪力墙的结构性能进行了研究 19 。填充预制混凝土板的型钢混凝土多层剪力墙是多层剪力墙的一种新结构体系, 即使用预制混凝土墙板插

16、入型钢混凝土边界柱(图 4)。通过地震荷载试验已经了解了这种体系的结构性能 。并且通过对 3个试件的试验研究, 证实该新体系的抗剪机制完全能够保证多层预制混凝土剪力墙的结构整体性。 欧美最初使用钢骨混凝土结构只是为了提高钢结构的耐火性能和抗腐蚀性能。美国型钢混凝土柱的设计公式最初出现在 1963年的 ACI318-63中 ;英国到 1959年 , BS449才考虑了混凝土对承载力的贡献 。目前英 、美 、加拿大, 前苏联和其他西欧国家, 都有大量的型钢混凝土结构研究成果和应用实践。欧洲统一规范 组合结构规范中也包括型钢混凝土结构的设计规定 16 。 图 3 三组剪力墙模型配筋形式Fig.3 R

17、einforcementtypesofthre shearwaltestseries 国建筑抗震工程中使用的钢和混凝土组合结构体系迅速增多, 大量的研究也致力于新在过去的十几年型钢和混凝土组合结构, 其中包括型钢混凝土构件在抗侧力体系中的广泛应用 20 。近年来一些研究项目也已集中于组合和混合剪力墙结构。洛杉矶 Clifornia大a学的 Waacel对边界构件埋入宽翼缘型钢的钢筋 混凝土剪力墙的滞回特性进行了研究 21 , 共进行了两组 6个 1/3缩尺的模型试验, 变换型钢尺寸、轴压比和锚固措施等参数进行分析, 并采用多垂直杆单元模型进行计算拟合。 美国和日本进行了一项为期 5年的组合和混

18、合结构的合作研究, 是美国 -日本合作抗震研究项目的第 5 部分。其中包括混凝土 /型钢混凝土柱体系、钢筋混凝土 /型钢混凝土组合墙体系结构性能的试验研究, 提出 83第 5 期王 敏等:组合剪力墙的抗震研究与发展了设计公式 、静力和动力分析的数学模型 、细部构造和体系的设计特点等 22 。 1.2 钢管混凝土边框剪力墙在高层建筑结构中, 钢管混凝土柱具有承载力高、抗震性能好的特点, 我国对钢管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本构件方面, 随着试验手段的提高, 目前已开始进行钢管混凝土结构体系抗震性能的试验研 23 究 , 这将为结构体系的抗震设计提供重要的依据 。目前带钢管混凝土边框的组合剪

19、力墙主要有 2种形 式 :一种是带钢管混凝土边框的钢板剪力墙(图 5), 即在钢管混凝土框架中内嵌一块钢板 ;另一种是带钢管混凝土边框的钢筋混凝土组合剪力墙。 1999 2001年 California大学的 Astaneh-Asl和 Zhao等进行了 1 /2缩尺的 1个 2层和 1个 3层带钢管混凝土边框的钢板剪力墙模型的抗震性能试验 24 。试验结果表明, 该剪力墙体系的受剪性能和钢板梁类似, 在层间位移角为 0.006 之前两试件都处于弹性阶段, 超过这一值后, 钢板剪力墙沿着受压对角线屈曲, 并且沿着受拉对角线拉区开始发展 钢;管混凝土柱在试验的过程中基本保持在弹性阶段水;平工字形钢

20、梁和钢管柱的抗弯连接表现出很好的延性;钢板剪力墙中部高度处的螺栓连接和内部宽翼缘柱没有破坏 , 在加荷后期 , 柱子的螺栓铰接发生滑移。 总体来说, 这种剪力墙具有良好的延性和耗能能力。 图 4 填充预制混凝土板的型钢混凝土剪力墙Fig.4 SRCshearwalwithinfiledprecast concretepanels 图 5 带钢管混凝土边框的钢板剪力墙Fig.5 Stelpanelshearwalwithconcretefiled steltubecolumns 2004年开始实施的矩形钢管混凝土结构技术规程 (CECS159)给出了带矩形钢管混凝土边框的剪力墙的设计方法。该规程

21、指出, 带框混凝土剪力墙可由现浇钢筋混凝土剪力墙与矩形钢管混凝土柱和混凝土 梁组成, 同时承受水平和竖向荷载的作用 ;结构分析时, 矩形钢管混凝土柱可等刚度代换为混凝土柱, 作为剪力墙的翼缘参与结构整体分析, 边框梁作为构造措施可不考虑参与内力分析。规程中对其承载力计算做出 了一些假定 :作用于带框混凝土剪力墙的整体弯矩 , 可全部由钢管混凝土柱中产生的轴向拉力和轴向压力承担 , 不考虑柱和剪力墙的局部弯矩;水平剪力可全部由剪力墙承担 ;竖向荷载分别由钢管混凝土柱和剪力墙按实际情况分担。 夏汉强等对带方钢管混凝土边框的剪力墙用 SAP2000进行了有限元的弹性分析 25 , 认为规程 CECS

22、159中将作用于带框混凝土剪力墙的整体弯矩全部由钢管混凝土柱中产生的轴向拉力或压力承担, 不考虑柱和剪力墙的局部弯矩的规定是符合该类结构特点的。在柱墙协同作用的情况下, 原则上水平剪力在墙柱间按刚度进行分配, 但并不简单地按刚度比例分配, 还与墙的高宽比、约束条件等有关。但对一般多高层民用建筑 , 层高通常在 3m左右 , 柱剪力仅占 25%左右, 规程 CECS159将剪力仅由墙来承担的假定与有限元分析结果基本接近, 按此设计墙的抗剪承载力偏于安全。在水平剪力全部由墙承担的前提为柱的抗剪设计当 结构进入弹塑性阶段剪力墙开裂且刚度下降时, 剪力会向框架柱转移, 作为抗震第二道防线, 在设计时应

23、考虑框架具有一定的抗剪承载能力。 带钢管混凝土边框的钢筋混凝土组合剪力墙在我国的工程建设中已经有应用, 例如福建南安邮电局大楼, 该工程采用了圆钢管混凝土柱, 剪力墙为现浇钢筋混凝土结构, 为了便于与钢管混凝土柱连接, 在柱侧向加焊竖向钢板把剪力墙中的钢筋焊在竖板上。 1999年建成的深圳 72层赛格广场大厦和 2001年建成的杭州瑞丰国际商务大厦中分别采用了圆钢管混凝土边框和方钢管混凝土边框的钢筋混凝土组合剪力墙 26 。目前对于钢管混凝土组合剪力墙抗震性能的试验研究尚未见报道, 深入 、系统的试验研究和理论研究落后于 工程实践, 所以对这种形式剪力墙的抗震性能进行研究是十分必要的。 84地

24、 震 工 程 与 工 程 振 动 第 27 卷钢板混凝土组合剪力墙单侧钢板 -混凝土组合剪力墙 钢筋混凝土剪力墙和钢板剪力墙都有各自的优点和缺点, 将二者进行合理的优势组合即形成了组合剪力墙。 单侧钢板-混凝土组合剪力墙是将钢板焊接固定在工字钢框架内 , 再用栓钉将钢板和混凝土墙板锚接(图6)。这种剪力墙已经应用在抗震地区。目前的设计中 , 设计者仅仅考虑钢板承受楼层剪力, 忽略混凝土 的受 剪作用, 认为混凝土的作用是防止钢板屈曲, 使钢板能够达到受剪屈服极限承载力。 California大学的Astaneh- Asl和 Zhao等对钢框架填充单侧钢板 -混凝土组合剪力墙进行

25、了研究 27, 28 , 并提出一种改进的措施 , 即在混凝土墙板和钢框架之间留缝, 缝隙可以不填充任何物质或填充一些软性物质 (在试验中采用的是泡沫聚苯乙烯), 如果想要增加结构的耗能能力, 也可以填充一些黏弹性材料 (图 6)。由于缝隙的存在, 加载初期钢筋混凝土墙不和框架一起受力, 相对小的侧移下不承受侧向荷载。只要钢筋混凝土墙板周围的缝隙不闭合, 认为钢筋混凝土墙板对于总体承载力 、刚度和延性的贡献可忽略。钢筋混凝土墙板在这一阶段的作用是为钢板提供平面外支撑并阻止屈服前的屈曲。因此, 在较小的侧向位移下, 这一体系和钢板剪力墙相似 , 并在受剪屈服前阻止了钢板的屈曲。在较大侧向位移下,

26、 钢筋混凝土墙和周边框架的缝隙在角部闭合, 这时混凝土剪力墙开始提供承载力、刚度和延性。而且 , 钢筋混凝土墙能够对钢板墙由于屈服造成的刚度损失起到弥补的作用, 这有利于减少侧移和 P-效应 , 同时反过来能够阻止侧移。这种组合墙中的混凝土能够得到合理利用并发挥其潜力。一般的单侧钢板 -混凝土组合剪力墙和改进的组合剪力墙进行的非弹性性能分析表明, 通过使用改进措施, 能够显著减小结构的侧移和底部剪力。 2个 1 /2缩尺的 3层单侧钢板 -混凝土剪力墙的滞回性能试验表明, 2个试件都具有很好的延性, 在抗剪承载力下降到 80%之前能够达到 0. 05的层间位移角。开缝的剪力墙比不开缝的普通剪力

27、墙具有更好的延性, 由于缝隙的存在, 混凝土墙在位移较大的循环荷载作用下的破坏比不开缝的普通剪力墙要轻得多。 1.3.2两片钢板 -内嵌混凝土组合剪力墙 一种两片钢板-内嵌混凝土组合剪力墙是在钢框架中焊接 2块钢板并内填混凝土, 同时在墙板边缘用栓钉加强连接。这种组合墙在高层建筑中作为抗侧力构件具有一定的优势, 比如钢板可以省去施工时的临时模板, 减少人工等。 WrightHoward和加拿大 Ryerson大学的 AnwarHosainKM等对双面压型钢板内填混 凝土的组合剪力墙(图 7)在施工荷载和使用阶段荷载作用下的力学性能、轴压性能以及抗剪性能等进行了 一系列研究 29 -31 。研究

28、表明, 轴压承载力受到钢板局部屈曲和混凝土截面形状的影响, 组合墙的纵向抗弯 刚度有利于结构保持稳定性, 并防止了早期的整体屈曲发生。通过试验研究, 分析了两片薄钢板内嵌混凝土 剪力墙的变形、强度、刚度、应变 、钢板 -混凝土相互作用和破坏模式等 , 建立了抗剪强度和刚度的分析模型, 32 -35 并对这种组合剪力墙作为框架剪力墙使用提出了设计指导 。 另外一种两片钢板-内嵌混凝土组合剪力墙是在两层钢板中间内填混凝土 , 并在钢板中设置竖向加劲肋。这种组合剪力墙具有很高的承载力和良好的延性, 主要用于承受海浪或移动的冰雪等较大荷载作用的结构。加拿大的 Link等对这种组合剪力墙在竖向荷载和水复

29、荷载下的极限承载力和后期承载力进行了非线性有限元分析 36 。分析中采用正交各向异性的混凝土模型, 钢和混凝土之间的作用采用带拉格朗日因子的裂缝单元来模拟, 计算结果和试验结果吻合良好。通过对破坏模式 、加荷机制、应力分布和后期反应的分析可知, 这种剪力墙具有良好的延性, 在峰值点后可以保持稳定的后期承载力直至达到很大的变形。 37 日本的 Emori对双层钢板内填混凝土剪力墙进行了研究 。1/4缩尺模型的抗压和抗剪性能试验研究 表明, 由于混凝土能够防止钢板的局部屈曲, 同时混凝土受到周围钢板的约束, 使得这种组合剪力墙具有较高的承载力和延性分析表明, 使用计算钢强度和计算混凝土强度叠加的方

30、法来计算这种组合剪力墙的承载力是可行的, 二维的非线性有限元分析计算所得的荷载 -位移关系和强度与抗剪试验所得结果吻合较好。建议实际工程中采用宽厚度比为 100的钢板。 1.3.3 钢板外包混凝土剪力墙 钢板外包混凝土预制装配式剪力墙板, 是在钢板剪力墙基础上提出的一种用于高层建筑钢结构的新型抗侧力构件。它以普通钢板作为基本支撑板, 钢板上、下分别与钢框架中的梁相连, 两侧外包混凝土为钢板提供侧向约束, 防止钢板过早屈曲失稳, 同时混凝土还起到防火隔热的作用。 同济大学李国强等对 3片钢板外包混凝土剪力墙试件进行了反复加载试验 38 , 同时, 还对 1 片纯钢板 85第 5 期王 敏等:组合

31、剪力墙的抗震研究与发展剪力墙板进行了反复加载试验以资比较。通过试验了解了钢板外包混凝土剪力墙板的刚度、强度、变形性能 和破坏形态以及滞回性能。研究结果表明 :钢板外包混凝土剪力墙板受力明确, 在混凝土开裂前钢板与混凝同工作, 有很大的抗侧移刚度, 对于提高结构整体在非地震条件或小地震条件下的侧向承载力和抗侧移刚度是非常有利的。另外, 钢板外包混凝土剪力墙板延性好, 允许有较大的变形, 其延性系数可以达到 10左右 , 共振容量约为 7.64。这样 , 在大震情况下钢板外包混凝上剪力墙板能够大量消耗能量, 保证结构整体不坍塌, 具有良好的抗震性能, 是一种很有发展前途的抗侧力构件。在对试验结果进

32、行分析的基础上, 提出了设计建议:为了使钢板与混凝土协调工作, 应在钢板上规则地点焊栓钉 (钢筋 );从试验现象可知 , 钢板外包混凝土剪力墙板受力最大处为角部, 也最先破坏, 故在剪力墙的四个角部应适当地配置加劲肋, 以更好地提高其极限承载力和变形能力。 图 6 钢框架填充单侧钢板-混凝土组合剪力墙Fig.6 Stelframefiledwithstelwalstifened withconcreteononeside 图 7 双面压型钢板内填混凝土的组合剪力墙Fig.7 Compositeshearwalofdoubleskinsof profiledstelshetinginfiledw

33、ithconcrete 2 双重组合剪力墙笔者将高层混凝土结构剪力墙抗震承载力大的优势与高层钢结构竖向桁架抗震传力好的优势进行组 合 , 创立了新型双重组合剪力墙结构体系。 此新型组合剪力墙首次使两种不同组合方式联合应用 :不同受力体系组合, 即剪力墙与桁架的组合;不同材料组合, 即型钢与钢筋混凝土的组合。构造做法:桁架暗藏在混凝土剪力墙中。桁架又分为钢筋混凝土桁架、型钢桁架、钢筋 -型钢复合桁架。暗桁架中的斜杆也称为暗支撑 , 带钢筋混凝土暗桁架的剪力墙也就是曹万林研究的带暗支撑剪力墙。型钢桁架剪力墙称为内藏钢桁架混凝土剪力墙, 已被授予国家专利(专利号:ZL200520017358.1)。

34、 笔者对带暗支撑长肢剪力墙 、短肢剪力墙及核心筒体的抗震 性 能 进 行 了 深 入 的 研 究 39 -46, 其中包括 :26 个钢筋混凝土长肢剪力墙, 7榀钢筋混凝土双肢长肢剪力墙, 30 个不同的截面形状、肢厚比 、暗支撑参数和水平力作用方向的钢筋混凝土异形截面短肢剪力墙, 4榀钢筋混凝土双肢短肢剪力墙, 图 8 双重组合剪力墙在工程中的应用Fig.8 Aplicationofdoublecompositeshearwal4个钢筋混凝土带“型钢-钢筋”复合暗支撑剪力墙 , 2个核心筒等 73个结构和构件的低周反复荷载试验研究 ;2 个底层大空间长肢剪力墙结构和 2 个短肢剪力墙结构模型

35、的模拟地震振动台试验研究。在试验基础上, 揭示了剪力墙及核心筒与暗支撑共同工作的机理, 系统地建立了带暗支撑长肢剪力墙体系、带暗支撑短肢剪力墙体系、“型钢-钢筋”混凝土复合暗支撑剪力墙和钢筋混凝土带暗支撑核心筒体的抗震分析力学模 86地 震 工 程 与 工 程 振 动 第 27 卷型和理论公式, 建立了带暗支撑剪力墙及筒体的非线性有限元计算模型, 提出了该新型剪力墙及筒体结构的抗震设计方法和构造措施, 初步形成了实用设计技术。试验和理论分析表明该组合剪力墙结构体系具有良好的抗震耗能机制。与普通剪力墙结构相比, 具有承载力高 、抗侧移刚度慢 、延性好的特点 , 抗震能力有较大的提高。该组合剪力墙

36、体系已在北京新保利大厦和中国工运学院留学生公寓等工程中应用 (图 8)。 47 -49 2005年笔者对内藏钢桁架混凝土组合剪力墙又进行了深入研究, 完成了 3组共 18个 1 /3缩尺的 剪力墙模型在低周反复荷载下的抗震性能试验, 轴压比为 0.20, 3组剪力墙按剪跨比 划分 , 分别为 = 1.50的低剪力墙 、=1.85的中高剪力墙和 =2.20的高剪力墙(如图 9所示)。每组有 6个剪力墙, 分别为普通混凝土剪力墙 ;内藏钢框架混凝土剪力墙;内藏钢筋桁架混凝土剪力墙;内藏钢框架 -钢筋桁架混凝土剪力墙;内藏钢桁架混凝土剪力墙 ;内藏钢-钢筋组合桁架混凝土剪力墙。其中内藏钢框架混凝土剪

37、力墙也就是通常所说的型钢混凝土剪力墙, 内藏钢筋桁架混凝土剪力墙也就是笔者已提出并研究的暗支撑剪力墙。通过试验, 对比分析了各剪力墙的刚度及其衰减过程、承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征。总的来说, 内藏钢框架和各内藏桁架组合剪力墙的屈服荷载和极限荷载均比普通高剪力墙显著提高 ;滞回环相对饱满, 延性系数及耗能能力显著提高 ;内藏桁架剪力墙裂缝较多、分布较广, 底部塑性耗能区较大, 墙体耗能能力较强, 裂缝角度有向桁架斜杆角度逼近的趋势。在试验研究的基础上, 建立了内藏桁架组合剪力墙 的刚度和承载力计算模型和公式, 并对各剪力墙的刚度和承载力进行了计算, 计算结果与实测结果符合较好 ;

38、提供了内藏桁架组合剪力墙的抗震设计建议, 为工程应用奠定了基础。 图 9 采用不同设计参数的剪力墙模型(=2.0) Fig.9 Shearwalmodelswithdiferentdisignparameters(=2.0) 3 展望钢 -混凝土混合结构高层建筑因其突出的经济优势 , 近年来在我国和亚洲其他国家得到了快速的发展。其中应用最多的是钢筋混凝土核心筒和钢框架组成的结构。从抗震的角度出发, 混合结构在结构抗震的设计上有两个方向, 一是加强筒体, 使其承担主要的抗震作用, 另一个就是加强外框架, 使其能够起到二道防线的作用。混合结构体系建筑的抗震性能在很大程度上取决于混凝土筒体, 为此必

39、须采取有效措施保证混凝土筒体的延性 50 。而筒体是由剪力墙组成的, 钢筋混凝土剪力墙的刚度很大, 承载力高, 但受剪破坏时延性较小, 改善钢筋混凝土剪力墙的承载力和延性是至关重要的。 组合剪力墙可以发挥不同材料和不同结构形式各自的优点, 克服传统钢筋混凝土剪力墙延性和耗能能力较差的缺点, 尤其适用于混合高层结构和复杂钢筋混凝土高层建筑。由于组合剪力墙是一种新型结构形式 , 对于其抗震性能的试验研究 、理论研究以及设计方法研究较少 。虽有的新型组合剪力墙已经应用在实际工程中, 但对于其抗震性能还缺乏研究, 很多类型的组合剪力墙国内尚未制定出有关的抗震设计规范。因此对这些剪力墙的抗震性能进行系统

40、深入的研究是十分必要的。相信随着对组合剪力墙抗震性能研究的不断 深入和完善, 组合剪力墙一定会具有更广阔的发展前景。 参考文献: 1 2 3 4 5吕西林, 孟 良.一种新型抗震耗能剪力墙结构 结构的抗震性能研究 J .世界地震工程, 1995, 11(2):22 -26, 39. 李爱群, 曹征良, 丁大钧.带摩阻装置钢筋砼低剪力墙极限承载力分析 J .东南大学学报, 1994, 24(3):70 -74. 叶列平, 康 胜, 曾 勇.双功能带缝剪力墙的弹性受力性能分析 J .清华大学学报, 1999, 39(12):79 -81. 戴 航, 丁大均, 陆 勤.带水平短缝剪力墙与普通剪力墙模

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