型钢混凝土中高剪力墙正截面受弯的开裂荷载和极限荷载的计算方法

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发布时间：2021-09-03

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型钢混凝土中高剪力墙正截面受弯的开裂荷载和
极限荷载的计算方法
李一松，李国强，崔大光
(1．同济大学土木工程学院，上海200092；
2．同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海200092)
摘要：为了研究两种型钢混凝土剪力墙(内置型钢框架的混凝土剪力墙和内置型钢桁架的混凝土剪力墙)在受弯情况下的
正截面受力状态，以这两种型钢混凝土中高剪力墙和普通钢筋混凝土中高剪力墙在元轴力作用下的单调和反复水平加载试
验为基础，通过力学分析和参考现有规范，主要考虑型钢组件对墙体受弯性能的影响，提出了此两种型钢混凝土中高剪力墙
在受弯状态下正截面开裂荷载和极限荷载的计算方法，进一步提出了简化计算方法，并将计算结果与试验结果进行比较验
证，为此种构件的工程设计提供算法。
关键词：型钢混凝土；中高剪力墙；开裂荷载；极限荷载
中图分类号：TU392．1 文献标识码：A 文章编号：1008—1933【2011)o3—001—07
Right cross section bending cracking load and ultimate load calculation
methods for SRC mid．rise shear wall
LI Yisong ，LI Guoqiang ，CUI Daguang ’
(1．Ton~i University，Shanghai 200092，China；
2．Architectural Design&Research Institute of Tongji University(Group)Co．，Ltd．，Shanghm 200092，China)
Abstract：To clarify the right cross section bending mechanics about two kinds of steel reinforced concrete(SRC)shear wall
(reinforced concrete shear wall embedded with steel shape flame and reinforced concrete shear wall embedded with steel shape truss)，
based on the tests of tlIe two kinds of SRC mid．rise shear wall and common steel reinforced concrete shear wall under monotonic and
eychc lateral load without the axial load，referring to the current codes and theoretical analysis，mainly considering the effect of the
embedded shape steel frame or truss on the shear wall’S fight cross section bending mechanics，this pape r provided the theoretical
ealcnlation methods for the right CROSS section bending cracking load and ultimate load for these two kinds of SRC shear wall under
lateral load，an d the simplified practical calculation methods as well，then compared calculation results with the test results，SO that got
the practical design methods for the real project．
Key words：steel reinforced concrete(SRC)；mid—rise shear wall；cracking load；ultimate load
0 引言
钢筋混凝土核心筒或剪力墙是高层结构中用来
抵抗风荷载或地震荷载的主要结构构件，如上海金
茂大厦(88层420 m) 、环球金融中心(95层460
m) 等都应用到了此类结构构件。如果在钢筋混
凝土核心筒或剪力墙中设置型钢，构成型钢混凝土
剪力墙，可使两种材料都能得到充分利用：与钢筋混
凝土剪力墙相比，型钢在施工阶段可以作为支架结
构方便施工；与钢结构抗侧力体系相比，由于外包混
收稿日期：2010．10-08
作者简介：李一松(1978一)，男，辽宁沈阳人，博士，主要从事多高层
建筑钢结构研究。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50621062)
E—nlail：721ys@tjadri．com；lang_cong@hotmail．COB
凝土的约束，可以防止钢构件的局部失稳和整体失
稳并提高构件的整体刚度，从而使钢材的强度得以
充分利用。此外，外包混凝土还能提高钢构件的耐
火性能和耐久性。本文针对此种型钢混凝土剪力墙
中的中高剪力墙(高宽比>1．2)的力学性能进行理
论分析，参考现有规范_3。提出了其在水平荷载作用
下的开裂荷载和极限荷载的计算方法，并对本文提
出的方法进行了验证。
1 弯曲开裂荷载计算方法
对于中高剪力墙，其开裂荷载可以认为是由于
混凝土构件受拉边缘抵抗弯矩和轴力共同作用所产
生的拉应力的强度不足所造成的，如果把此时的混
凝土视为各向同性材料，那么，其受拉边缘处的主拉
应力为，’
2 四川建筑科学研究第37卷
：一 — +十 _ (1l)，
A 0 10
式中 ——由弯矩值在计算纤维处所产生的
混凝土拉应力；
Ⅳ——计算截面处的轴力值；
A。——计算截面的换算截面面积，按照公式
(2)计算；
— — 计算截面处的弯矩值；
)，0——换算截面重心到计算纤维处的距离，
取为h／2，h为截面高度；
，0——换算截面惯性矩，按照公式(3)计算。
Σ警+Σ +Σ等+Ac(2)
式中E。——端部暗柱内纵向钢筋的弹性模量；
A ——端部暗柱内纵向钢筋的截面面积；
E ——混凝土的弹性模量；
E ——端部暗柱内型钢的弹性模量；
A。 — — 端部暗柱内型钢的截面面积；
；— — 各排竖向分布钢筋的弹性模量；
A i——与。i相对应的竖向分布钢筋截面面
积；
A ——混凝土部分净截面面积。
厶=Σ等+Σ等+Σ等+Io(3)
式中，B——端部暗柱内纵向钢筋对截面中和轴的
惯性矩；
，蚰——端部暗柱内型钢对截面中和轴的惯性
矩；
，目i——与E。i相对应的竖向分布钢筋对截面中
和轴的惯性矩；
，c——混凝土部分净截面惯性矩。
当公式(1)的拉应力值达到混凝土的抗拉强
度的时候，可以认为此时的值为混凝土剪力墙
抗剪的开裂弯矩，即
： (4)
0
取 = ，则可以得到混凝土剪力墙在第二种
0
状态下的开裂荷载的理论计算公式(5)。
鲁( + ) (5)
式中 ——剪力墙的开裂弯矩；
— — 剪力墙的开裂荷载；
— — 剪力墙换算截面受拉边缘的弹性抵
抗矩；
日——加载点到基础底面的高度；
— — 混凝土材料的抗拉强度。
对于一般的受弯开裂混凝土构件，其弯曲开裂
时，混凝土材料的强度会有所折减，而中高混凝土剪
力墙又属于高宽比过大的弯曲开裂构件，其开裂时
的混凝土材料强度折减更多。同时，由于实际的试
件制作过程中难免会因为混凝土浇筑不密实以及由
于混凝土保护层较薄、材料强度降低等原因，使得试
件开裂荷载较理论开裂荷载低，故本文对理论公式
(5)进行调整，对于中高混凝土剪力墙，本文建议此
折减系数取为0．40，可以得到中高剪力墙的开裂荷
载的实用计算公式为(6)。
对于中高混凝土剪力墙，其开裂荷载计算方法
如公式(6)。
= o．40鲁‘‘ ’ + ‘0 ) (6)
2 受弯极限荷载计算方法
2．1 基本假定
对于没有竖向轴向压力的型钢混凝土中高剪力
墙(剪跨比A>1．2)，其破坏特点类似于适筋梁的破
坏特点，这种剪力墙的破坏始自受拉区钢筋或者型
钢的屈服。在钢筋或型钢应力达到屈服强度之初，
受压区边缘纤维应变尚小于受弯时混凝土极限压应
变。在构件完全破坏以前，由于钢材要经历较大的
塑性伸长，随之引起裂缝急剧开展和墙体挠度