浅析剪力墙最小配筋率对结构安全性的影响

许 林

(东莞市盛和房地产开发有限公司 广东 东莞 523960)

浅析剪力墙最小配筋率对结构安全性的影响

许 林

(东莞市盛和房地产开发有限公司 广东 东莞 523960)

随着我国城镇化建设的不断进行，钢筋混凝土结构在建筑领域取得了广泛的应用。本文通过对相关参考文献的总结，结合相关实验对配筋率对混凝土剪力墙弯矩和曲率以及试样耗能的影响，进行了我国关于混凝土剪力墙设计中关于最小配筋率的规定和研究现状，给出了在剪力墙的设计中使用最小配筋率作为混凝土压弯构件配筋率的限制的建议。

最小配筋率；弯剪变形；剪力墙

1 引言

随着我国改革开放不断深入，国内经济不断迅猛发展，人口城市化进程速度迅速加快，高层建筑越来越多的出现在各大、中型城市。对常见的在规范适用范围内的建筑，根据我国《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，对满足规范适用条件的建筑结构采用“三水准，两阶段”的抗震设计方法，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防目标；第一阶段为多遇地震下的承载力验算和弹性变形验算，第二阶段为通过罕遇地震下结构薄弱层弹塑性变形验算及构造措施以满足“大震不倒”的两阶段设计。

在我国2010年颁布的《混凝土设计规范》中，明确规定了受到弯矩和扭矩的最小配筋率的大小，在实际的建筑结构工程中，钢筋受到单纯扭矩的作用是不常见的，大多数服役环境下都会伴随着剪切应力的作用，所以可以适当的降低钢筋的最小配筋率。目前国内外关于钢筋最小配筋率对建筑剪力墙的抗震性能的影响的研究还不多见。

华东理工大学张耀扬等人指出高强剪力墙的变形能力与钢筋的轴压比呈现出负相关的关系，所以增加水平方向上钢筋的数量并能提高剪力墙的承载效果，但是可以提高其抗形变的能力。常见能够改善剪力墙抗震性能的主要措施包含了在剪力墙的混凝土内部架构中加入钢筋结构；采用钢管混凝土的约束构件用来支撑剪力墙，从而提高剪力墙的抗震性能。本文从配筋率的角度来约束和改善剪力墙的抗震稳定性能，提高剪力墙的支撑柱的纵向配筋率一般保持在5%-8%之间。通过使用比较密集的纵向钢筋和箍筋实现了对混凝土内部抗力的增强，提高了其形变的极限抗力。

2 配筋率对弯剪变形的影响

由于剪力墙中的混凝土在出现裂纹以后还要继续进行服役，使得在核心混凝土内部同时出现了受拉和受压的区域，在这两个区域内都表现出了弹塑性变形的特征。剪力墙的配筋率主要有三个特征值，分别为最小配筋率、最大临界配筋率以及最大弹性配筋率；本文所探讨的剪力墙的最小配筋率的定义为当剪力墙的混凝土已经发生屈服，而且在受拉和受压的区域的混凝土材料同时达到极限应变所对应的配筋率称为最小配筋率。

2.1 对弯矩和曲率的影响

本文中剪切强混凝土的在拉伸试验的过程中涉及的到参数有起裂抗拉强度、起裂拉应变、极限抗拉强度以及极限拉应变，相对应的实验数值为8.0MPa、0.034%、18MPa以及5.3%。

图1 配筋率对剪力墙混凝土承载力与延展性的影响； 配筋率对剪力墙混凝土弯曲率的影响

图1左图显示了九种配筋率对应的混凝土剪力墙的承载力与延展性数值，从左图中可以看出随着混凝土配筋率的逐渐升高，剪力墙的弯矩承载能力也在逐渐的增强，延展性却呈现出下降的趋势。配筋率的增阿基，混凝土剪力墙的弯矩首先呈现出线性增加的模式，但是当配筋率超过最佳配筋率时，将会使得剪力墙所承受弯矩增加的趋势开始变的缓慢，这与东南大学王成立教授的研究结是相符合。

从图 1右图可以看出，随着配筋率的上升，混凝土剪力墙截面的受压区屈服率呈现下降的趋势，极限曲率不断增大。当配筋率达到最大极限配筋率时，屈服强度的曲率与极限强度的曲率将会重合。由图中显示了剪力墙混凝土的承载力随着配筋率的变化曲线与延展性的变化曲线相交在一点，改点可以看作是剪力墙抗弯性能的最佳点，此时所对应的混凝土配筋率称为最优配筋率。

2.2 对混凝土耗能的影响

混凝土剪力墙试样在加载的过程中所消耗能量的大小可以通过滞回曲线所包围的面积来衡量在加载拉伸过程中所消耗能量的大小。在具体的拉伸试验中，由于每个试样的加载速率以及最大载荷都是不相同的，也就是其加载的具体历程也是不同的，试验中所测得的各个试件能耗的大小如表1所示。

表1 各个混凝土剪力墙试样的耗能测试

从表1的实验数据可以明显的看出，随着混凝土剪力墙的配筋率的逐渐增加，在加载拉伸的过程中，能耗在呈现出不断上升的趋势，其中3号与4号试样的总耗能比2号试样提高了92.18%和126.3%，5号试样比3号试样的总能耗提高了37%以上。有的研究表明在混凝土剪力墙的纵向方向上布置一定数量的钢筋并配有一定数量的箍筋形成混凝土受压区域的定向约束力，从而不至于发生低应力脆断的突然断裂，使得剪力墙的断裂能够表现出一定的预知性。主要原因就是在混凝土受到较大载荷的过程中如果要发生断裂的话，所首先应该断裂受到压溃的就是钢筋结构，混凝土最后才会断裂。

通常在偏心距比较大的受压剪力墙中设置一定的纵向拉筋的主要目的是为两个方面的因素：

1）在混凝土剪力墙的手拉部分开裂以后，混凝土内部的钢筋就会迅速的进入弹塑性变形区域，进一步吸收较大的冲击能量，缓解外界载荷带来的冲击；

2）如果混凝土受拉区域的钢筋数量足够多，一旦混凝土剪力墙受拉开始出现裂纹，不会因为钢筋的数量过少而导致剪力墙的强度下降。

3.结论

随着我国城市高层建筑的不断兴建，混凝土剪力墙由于具有着较好的抗震性能以及较高的刚度。研究了配筋率对混凝土剪力墙试样的弯矩和曲率以及混凝土剪力墙试样耗能的影响，结果表明：随着配筋率的不断增加，剪力墙的弯矩承载能力也在逐渐的增强，延展性却呈现出下降的趋势，对于墙体耗能而言，也会在一定呈现出不断上升的趋势。

[1]孔慧.配筋率对混凝土剪力墙结构性能影响的试验研究[D].中国建筑科学研究院,2010.

[2]董立坤. 2010版规范修订对钢筋混凝土结构配筋影响研究[D].中国建筑科学研究院,2012.

[3]蔡道安.框支短肢剪力墙斜柱转换结构配筋研究[D].重庆大学,2015.

TU714

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1007-6344（2016）07-0247-01