高层剪力墙结构墙肢受拉分析与设计处理

赵泉王茜

赵泉王茜

（昆明有色冶金设计研究股份公司，云南，昆明，650051）

【摘要】高层剪力墙结构在承受水平力作用时，墙肢在某些工况下会出现受拉状态，当拉应力大于混凝土受拉承载力时，剪力墙墙体出现受拉裂缝，在此状态下剪力墙已无法承担水平剪力。本文以实际工程为例，针对性的分析剪力墙墙肢受拉的判断及处理方法。

1．前言

随着城市化进程的推进，高层剪力墙结构越来越多的出现在城市中。其有效的缓解了土地供应与市场需求之间的矛盾。然而，在水平作用较明显的区域（高风压区，地震高烈度区），设计过程中时常发现在某些工况下剪力墙墙肢会出现受拉状况，但这一现象并未被大多数设计人员所关注。在剪力墙实际工作状态下，当剪力墙受拉出现裂缝时，剪力墙的抗剪能力被严重削弱，抗侧刚度也严重退化，此时，剪力将全部转移至其他墙肢从而导致其他墙肢抗剪承载力不足。因此，判断剪力墙墙肢受拉，分析受拉工况下剪力墙的状态及其危害大小，以及剪力墙出现受拉状态后的处理办法就变的极为重要。本文以实际工程为例，定性剪力墙的受拉状态，分析及处理墙肢拉力。

2．剪力墙受拉的定义

剪力墙，其主要承受竖向荷载及风荷载或地震作用引起的水平荷载。剪力墙受拉则是由于水平作用导致结构变形时引起的受拉状态。因此宜知，剪力墙受拉区域多出现在结构四周外围。当剪力墙拉应力过大，大于该墙肢混凝土抗拉强度值时，认为剪力墙出现通缝，该墙肢无法承担水平剪力，其在水平荷载作用下退出工作。当剪力墙在某一工况下存在受拉状态，若此墙为一字墙，则结构布置不合理，应进行竖向构件布置调整，若为双肢墙，则应按《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.4条规定“当任一墙肢为偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1．25。”

目前，结构设计所使用的软件已均可实现计算分析时对剪力墙墙肢受拉状态的判断。图1所示为某8度区，地震分组第三组，场地类别III类，特征周期0.65的120米高层。其在国内常用有限元结构分析软件中显示的受拉墙肢，可看出，受拉墙肢均分布于结构外围四周。各受拉墙肢在地震荷载组合下均有受拉的情况。

3．墙肢受拉的状态分析

图1软件判断墙肢受拉示意图

图1中剪显示受拉墙肢，仅表示其在地震荷载组合工况下出现拉应力。但对受拉墙肢而言，所承受的地震力分为平面内及平面外两种。平面内承担地震力，指承担的地震力方向与墙肢截面高度方向平行；平面外承担地震力，则指墙肢承担的地震力方向垂直于墙面截面高度方向。如图2，对于墙肢a，Fy为平面内地震力，而Fx为平面外地震力。

对于平面内地震力引起的墙肢受拉，当墙肢截面所受拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土截面出现裂缝，截面抗剪承载力退化或丧失，从而将剪力全部转移至其他墙肢。对于平面外地震力，墙肢并不能抵抗平面外地震力，图二中，Fy对于墙肢b，为平面外地震力，其由墙肢a承担，当墙肢a在Fy地震力作用下出现裂缝丧失抗剪承载力后，则有b和其他墙肢承担Fy。

4．墙肢受拉的设计处理

首先，通过软件详细构件信息找出墙肢的荷载工况。以图1中墙肢22为例，表1.为墙肢22的荷载工况，表2.为各荷载工况说明。按荷载准永久组合将恒载，活载，地震力，风荷载等各工况组合，当其大于界面混凝土抗拉强度标准值时，认为混凝土开裂，无法承担水平剪力。

其在考虑竖向地震作用下荷载组合为1.0x4202.6+0.5x597.6-1.3x4265.3-0.2x1.4x596.5+0.5x717=-852.01kN，墙肢受拉。查出墙肢截面面积为0.35mx1.7m，则应力为1.43N/mm2。此墙肢设计混凝土强度等级C50，其抗拉强度标准值为2.64N/mm2，则在考虑竖向地震作用时，混凝土并不会开裂，此墙肢满足设计使用功能。

图2剪力墙承担地震力示意图

表1.

在未考虑竖向地震作用时，此墙肢荷载组合为1.0x4202.6+0.5x597.6-1.3x4265.3-0.2x1.4x596.5=-1210.51kN，此时墙肢截面拉应力为2.03N/mm2，此时墙肢截面拉应力同样小于混凝土抗拉强度标准值，同样不会开裂！墙肢设计安全。

以上并未考虑剪力墙中纵向钢筋的抗拉作用，依照平截面假定，我们知道混凝土与钢筋在截面受拉时一同抵抗拉力。依照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质【2015】67号）第四章十二条的精神，可将钢筋面积以弹性模量比值换算为混凝土面积计算截面抗拉能力，以此计入钢筋对截面受拉承载力的贡献。

5．结论

1）剪力墙受拉，其易出现在结构外围区域，一般结构外围阳角处拉力最大。固相应位置的剪力墙布置宜有较大的截面面积。但较大的截面面积，也意味着相应的墙肢刚度过大，在地震力作用下会承担更多的地震力，更易出现墙肢受拉。此间需设计人员判断取舍。

2）墙肢应只承担与其平行的水平力，固在结构布置时，不宜出现一字墙，更不应将一字墙布置于结构外围区域。

3）当与水平力方向平行的墙肢出现超过混凝土抗拉强度标志值的拉应力时，除了配置足够的纵向钢筋外，还需相应的提高其相邻墙肢的抗剪承载力，如提高其混凝土强度等级，提高纵向配筋率等。

4）并不是所有的受拉墙肢都为有害部位，目前的计算软件仅能判断墙肢受拉无法判断在拉力作用下，墙肢是否丧失抗剪承载力。设计人员应对受拉墙肢进行复核计算，若其未在受拉状态出现裂缝，则只需按《高规》7.2.4条提高相应墙肢抗拉承载力即可。若其出现裂缝，则可通过增大截面，提高混凝土强度等级、提高纵筋配筋率的手段确保墙肢抗剪承载力即可，无需轻易否定结构布置方案。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中国建筑工业出版社，2010

[2]《建筑结构荷载规范》GB5009–2012中国建筑工业出版社，2012

[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中国建筑工业出版社，2010

[4]《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质【2015】67号）

作者简介：

赵泉，昆明有色冶金设计研究股份公司（昆明650051），工程师

王茜，昆明有色冶金设计研究股份公司（昆明650051），工程师