鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析與評(píng)估

田建平

（中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)（天津）置業(yè)有限公司　天津市　河北區(qū)　300150）

鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析與評(píng)估

田建平

（中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)（天津）置業(yè)有限公司天津市河北區(qū)300150）

在鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了避免接頭剪力不足，建筑物可設(shè)置剪力墻來抵抗水平地震力，剪力墻之勁度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過柱，加設(shè)剪力墻即可抵抗地震所造成過度的層間扭轉(zhuǎn)，避免建筑物倒塌。由此可知，鋼筋混凝土建筑有良好的剪力墻及梁柱接頭設(shè)計(jì)，將使生命財(cái)產(chǎn)安全更有保障。本文將對(duì)鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析與評(píng)估進(jìn)行研究，本文以平衡條件及相容關(guān)系，利用應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換觀念，模擬鋼筋混凝土梁的受力情形，進(jìn)而利用平衡關(guān)系式和相容關(guān)系結(jié)合混凝土的軟化應(yīng)力-應(yīng)變組成率，解出鋼筋混凝土梁受剪力與扭力等問題。

鋼筋混凝土；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；抗震性能；評(píng)估

鋼筋混凝土框架-剪力墻的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)梁柱接頭的設(shè)計(jì)理念是以強(qiáng)柱弱梁為主，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，期待梁能產(chǎn)生塑性鉸來消散地震能量，而柱能持續(xù)提供垂直承載能力，以避免建筑物倒塌，接頭則扮演連接梁柱的重要角色，因此接頭需有足夠的抗剪能力來作為消能機(jī)構(gòu)。當(dāng)?shù)卣鹆Ξa(chǎn)生過度的層間扭轉(zhuǎn)，柱將會(huì)產(chǎn)生剪力破壞，失去了承載能力。因此，加設(shè)剪力墻除了可阻止過度的層間扭轉(zhuǎn)，并可擔(dān)任承重墻的角色，無形中可減少柱尺寸，也減少了建筑成本[1]。

1　鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分析

主要步驟制成與含開口墻構(gòu)架試體相同，細(xì)部說明概述如下[2]：

（1）模板制作：本試驗(yàn)使用兩組模板同時(shí)制作，一次灌制兩個(gè)試體。模板主體為1cm厚度木材夾板。為避免灌漿時(shí)混凝土的壓力造成模板變形，在模板外圍施以角材支撐。在試體施力梁側(cè)模有預(yù)留數(shù)個(gè)φ=6.5cm之等間距孔位，以塑膠套管穿過，方便施力時(shí)傳力作用。

（2）鋼筋訂制：針對(duì)各試體尺寸設(shè)計(jì)需求，由鋼筋加工廠以機(jī)器剪裁彎制試驗(yàn)所需鋼筋，以力求各部位鋼筋之精確性[3]。

（3）鋼筋應(yīng)變計(jì)粘貼：將欲粘貼應(yīng)變計(jì)之鋼筋位置利用砂輪機(jī)磨光，并以丙酮清潔，以專用粘著劑將應(yīng)變計(jì)貼于鋼筋磨光處并固定2～3min，再將應(yīng)變計(jì)電線與訊號(hào)線分別焊于端片之兩端，最后再利用環(huán)氧樹脂將應(yīng)變計(jì)、端片及裸露之電線包覆起來，以避免灌漿時(shí)水分滲入而影響應(yīng)變計(jì)之量測(cè)功能[4]。

（4）鋼筋組立：將不同號(hào)數(shù)的鋼筋依照配筋圖所示之位置綁扎固定，于基座梁、柱、梁依序綁扎完畢后再進(jìn)行組裝工作，然后于邊界構(gòu)件完成后再進(jìn)行墻筋之配置與固定。最后將應(yīng)變計(jì)之連接線編號(hào)并整理捆綁成束。

（5）模板組立：先將基座梁之模板組裝完成，然后進(jìn)行鋼筋籠之安置與組裝，將組裝完成之邊界構(gòu)件鋼筋籠做假固定后，再進(jìn)行其中一側(cè)之墻、柱、梁的模板組裝，然后將墻壁鋼筋配置固定后再進(jìn)行另一側(cè)之模板組裝，最后在模板上鉆孔并利用螺桿及鐵絲固定，預(yù)留將來固定試體用的螺栓孔位，并在試體兩側(cè)架設(shè)斜撐以預(yù)防灌漿時(shí)試體產(chǎn)生傾倒[5]。

（6）混凝土澆置：試體以預(yù)拌混凝土灌注，利用幫浦車協(xié)助澆灌，灌漿時(shí)由基座梁開始澆灌，待完成基座梁灌制后，再由墻頂由上而下同時(shí)灌制柱及墻，最后再灌制傳力梁，并于澆灌同時(shí)利用震動(dòng)棒確實(shí)搗實(shí)，尤其是墻體及梁柱接頭的部分。在試體灌漿工作進(jìn)行時(shí)亦同時(shí)灌制24個(gè)混凝土圓柱試體，作為抗壓強(qiáng)度追蹤之用[6]。在混凝土澆置完成后，再將試體表面以鏝刀抹平，即完成灌漿作業(yè)。

（7）拆模：為防止混凝土與模板久置后拆模不易，試體灌漿后經(jīng)24h必須拆模，并在試體上標(biāo)注灌漿日期以及試體編號(hào)。并將拆除之模板分類放置，以利于下一次的試體灌制作業(yè)。

（8）養(yǎng)護(hù)：試體養(yǎng)護(hù)采室內(nèi)靜置大氣養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)初期適度澆水于混凝土表面，以防水分過快蒸發(fā)而造成干裂現(xiàn)象。

（9）置放：試體直立置放并集中緊密排列整齊，節(jié)省試驗(yàn)場(chǎng)占用空間以利下一批試體組裝制作[7]。

圖1　模型圖

2　鋼筋混凝土框架-剪力墻混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

鋼筋混凝土墻元素材料組成律則采用Mansour與Hsu所提出鋼筋混凝土板的混凝土反復(fù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與混凝土中鋼筋的反復(fù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系?；炷翍?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線定義如下[8]：

圖2　鋼筋混凝土框架-剪力墻實(shí)驗(yàn)前

圖3　鋼筋混凝土框架-剪力墻實(shí)驗(yàn)后

原有裂縫持續(xù)延伸擴(kuò)大，左側(cè)邊柱有數(shù)條新的水平裂縫產(chǎn)生，墻體也產(chǎn)生了與正向相同的長(zhǎng)斜向裂縫，并且左側(cè)柱角的混凝土有明顯剝落露出鋼筋，此時(shí)位移增加但載重上不去，即得極限載重。

3　鋼筋混凝土框架-剪力墻抗震能力的評(píng)估分析

由各試體之遲滯圈圖中可發(fā)現(xiàn)，除了在反復(fù)載重下有勁度衰減之現(xiàn)象外，純構(gòu)架和含墻構(gòu)架在遲滯圈形態(tài)上有明顯不同。純構(gòu)架在達(dá)到最大抗力后，還能夠抵抗多次的往覆載重，呈現(xiàn)彎矩控制的行為。含墻構(gòu)架在達(dá)到最大抗力后即開始陡降并破壞，呈現(xiàn)剪力控制行為。各試體在鋼筋降伏前的勁度大多比試驗(yàn)結(jié)果要高，造成此現(xiàn)象的原因可能是理論分析時(shí)有很多的假設(shè)是理想化的結(jié)果，而事實(shí)上試體本身充滿不確定性，如鋼筋與混凝土間的握裹力、接頭剛性程度、施工品質(zhì)等，再者混凝土并非均質(zhì)材料，以至于過多理想化的假設(shè)造成分析與試驗(yàn)結(jié)果的差距[11]。因此，若能將這些因素整合歸納，在程式編寫中考慮進(jìn)去，也許就能縮小分析與試驗(yàn)上的差距。一旦模型與分析定義后，使用者就必須選擇在分析過程中所要監(jiān)測(cè)的結(jié)果，舉例來說，如節(jié)點(diǎn)的位移歷時(shí)、元素在暫態(tài)分析時(shí)的內(nèi)部狀態(tài)或是在求解的過程里每個(gè)步驟中模型的所有狀態(tài)。因此許多的Recorder物件被創(chuàng)造來儲(chǔ)存使用者所想要檢閱的資料。由高寬比較大的高型鋼筋混凝土-剪力墻試體可看出，其結(jié)構(gòu)行為類似于懸臂梁之結(jié)構(gòu)反應(yīng)，當(dāng)側(cè)向力達(dá)到最大抗力之后仍能維持穩(wěn)定的韌性。與其他剪力控制之試體相較，明顯能抵抗較大之變位，提供更好的結(jié)構(gòu)韌性。

4　結(jié)論

將鋼筋混凝土-剪力墻加入構(gòu)架中可提高結(jié)構(gòu)物的抗震性，因?yàn)殇摻罨炷?剪力墻可提高結(jié)構(gòu)物之強(qiáng)度，配合理想的邊界條件，更可增加能量消散的能力；雖然韌性會(huì)降低，但在實(shí)際結(jié)構(gòu)物中，鋼筋混凝土-剪力墻只是局部配置，在剪力墻受力導(dǎo)致破壞之后，其他構(gòu)架部份仍可提供更多韌性，以便于破壞前有更多預(yù)警。

[1]胡強(qiáng)，廖天軍，鄧志恒.鋼桁架連梁-剪力墻結(jié)構(gòu)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)與抗震性能研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2014，01：156～164.

[2]劉建民，孫兵，何杰.施工縫設(shè)置方式對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響研究[J].工業(yè)建筑，2014，02：64～68.

[3]于金光，郝際平，寧子健，等.半剛性框架-槽鋼十字形約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，06：75～83.

[4]袁康，李英民，張松柏.單向壁式框架對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能影響的研究[J].工業(yè)建筑，2014，07：37～41+59.

[5]王澤軍，孔令倉(cāng)，任家福.落地墻厚度對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響研究[J].工業(yè)建筑，2014，07：42～45+158.

[6]王學(xué)峰，王曙光，張敏，等.空心柱-箱型轉(zhuǎn)換層-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J].建筑科學(xué)，2014，07：107～113.

[7]李昊，陳新，趙薇薇.轉(zhuǎn)換梁截面尺寸改變對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].工業(yè)建筑，2014，S1：264～268.

[8]陳長(zhǎng)美，錢江，陳長(zhǎng)錫.超限高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2014，05：110～116.

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）23-0064-02

2015-2-25

田建平（1978-），男，工程師，本科，主要從事規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。