高楼钢结构与工程实例：竖缝混凝土墙板

1.墙板工作性能

（1）实体墙

1）水平荷载作用下，一般的钢筋混凝土实体墙板的破坏形态为典型的斜裂缝（图5-55a），属于脆性的剪切破坏；而且在持续的往复水平荷载作用下，斜裂缝不断扩大，具有不可恢复性。

2）实体墙具有初期抗推刚度大，水平承载力高，刚度退化严重，延性差，耗能容量小等特点，因而不是与钢框架配合使用的良好抗震构件。

（2）竖缝墙

1）日本鹿岛建设技术研究所提出的带竖缝钢筋混凝土墙板，是采用几条竖缝将一片墙体划分成几根并列的宽柱，大大改善了墙板的抗震性能。竖缝墙嵌置于钢框架中，在风荷载作用下，墙板处于弹性工作阶段，具有足够强的抗推刚度；遭遇强烈地震时，其“缝间墙”弯曲屈服，刚度下降，结构所受地震作用减小，同时使结构具有较大的延性。

图5-55 水平荷载下RC墙板的破坏形态

a）实体墙 b）竖缝墙

2）水平荷载作用下，“带缝墙板”不再发生剪切型破坏的斜裂缝，而代之以“并列宽柱”上、下端弯曲破坏引起的水平裂缝（图5-55b）；当水平荷载反向时，原受拉侧的水平裂缝趋于闭合，而且能继续有效地承担反向弯矩所引起的压应力。

3）混凝土墙板增加几条竖缝后，其受力状态由原来的剪切破坏转变为弯曲破坏，因而其弹性和极限侧移值成倍地增长，延性改善，刚度退化趋缓，耗能容量增大，而且墙板的刚度、抗力和延性与钢框架的匹配情况，得到较好的协调。

4）墙板设置竖缝后，弹性极限侧移值及延性与钢框架的差距缩小，所以，竖缝墙与钢框架共同抵抗水平地震作用时的同步工作程度得到很大的改善。

5）墙板在低周往复水平荷载作用下的V-u骨架曲线表明，带竖缝墙板具有很好的延性：墙板的极限侧移u_max，约为其“缝间墙”竖筋屈服时侧移u_y的2.5～3.0倍，且约等于其“缝间墙”极限荷载时侧移u_u的1.5倍。

2.墙板几何尺寸

（1）外形尺寸

1）带竖缝混凝土剪力墙板的长度l、高度h（图5-56），是根据建筑层高、钢框架柱间净距和结构设计要求确定。

2）当钢框架的柱距较大时，同一柱间也可沿长度方向划分为两块墙板。

（2）竖缝数量

1）水平荷载作用下竖缝墙板的破坏可能出现下列三种类型：①“缝间墙”弯压破坏；②“缝间墙”剪切破坏；③上、下“带状实体墙”的剪切破坏。其中，仅第①种类型属延性破坏，其余两种均属脆性破坏。

2）要实现墙板的延性破坏，每块剪力墙板中的竖缝数量及其尺寸（图5-56），应符合下列要求：

图5-56 带竖缝混凝土墙板的几何尺寸

缝间墙高度 h₁≤0.45h

缝间墙的高宽比 1.7≤h₁/l₁≤2.5或0.6≥l₁/h₁≥0.4

上、下“带状实体墙”的高度 h_sol≥l₁

（3）墙板厚度 为使墙板的水平配筋配置合理、适当，带竖缝混凝土墙板的厚度t，可按下列公式确定：

式中 F_v——作用于一块墙板的总水平剪力设计值；(www.xing528.com)

ρ_sh——墙板的水平钢筋配筋率，初步设计时，可取ρ_sh＝0.6%；

ρ₂——箍筋的配筋系数；

f_shy——水平钢筋的抗拉强度设计值；

f_c——混凝土的抗压强度设计值；

ω——墙板开裂后，竖向约束力对墙板水平承载力的影响系数；

I——单肢“缝间墙”的水平截面惯性矩，I＝tl³₁/12；

I_os——单肢“缝间墙”的水平截面折算惯性矩，可近似地取，I_os＝1.08I。

3.墙板构造要求

（1）材料

1）墙板应采用C20～C30混凝土。

2）墙板的竖缝宜采用延性好、易滑动的耐火材料（例如两片石棉板）作为填充材料。

（2）周边连接构造

1）墙板两侧边与框架柱之间应留有一定的空隙，使彼此之间无任何连接。

2）墙板上端采用高强度螺栓与框架梁连接；墙板下端除临时连接措施外，全长均应埋置于现浇混凝土楼板内，并通过墙板底面齿槽与钢梁顶面焊接栓钉实现可靠的连接；墙板四角还应采取充分可靠的措施与上、下框架梁连接（图5-57）。

（3）配筋

图5-57 带竖缝混凝土剪力墙板与框架梁的连接

1）墙板内部各条竖缝两端的上、下“带状实体墙”中，应配置水平钢筋，其数量不应低于“缝间墙”一侧竖向钢筋的用量。

2）墙板水平钢筋的配筋率ρ_sh应符合下列要求：

当 时 ，且

当 时 ，且

式中s——水平钢筋间距；

t——混凝土剪力墙板的厚度；

A_sh——同一高度处水平钢筋总截面面积；

V_y1、V_u1——分别为“缝间墙”竖筋屈服时和“缝间墙”压弯破坏时单肢“缝间墙”的受剪承载力；

f_shyk——水平钢筋的抗拉强度标准值。