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2025-09-29
高轴压比下剪力墙的破坏机制及轴压比限制
【摘要】：随着建筑高度的增加，剪力墙墙肢的轴向压力也随之增加，表7-1是几座高层建筑剪力墙轴压比的统计数值，当建筑物高度达到50层时，剪力墙的轴压比设计值就可能达到0.7。图7-6是两片带翼缘剪力墙在不同轴压比下的试验破坏现象和滞回曲线的比较，两片墙的其他方面都是相同的。此外，在剪力墙底部加强部位设置边缘构件是提高剪力墙延性等抗震性能的重要措施，边缘构件要求与轴压比有关，将在7.3.4节详细介绍。
随着建筑高度的增加，剪力墙墙肢的轴向压力也随之增加，表7-1是几座高层建筑剪力墙轴压比的统计数值，当建筑物高度达到50层时，剪力墙的轴压比设计值就可能达到0.7。轴压比是影响墙肢抗震性能的主要因素之一，为此，国内外对于高轴压比下的剪力墙都做了很多研究。
表7-1 剪力墙轴压比
注：表中数值是用荷载设计值和强度设计值计算的，（ ）内的值是换算为模型试验时对应的轴压比，后者采用实测轴力及实测材料强度计算。
图7-6是两片带翼缘剪力墙在不同轴压比下的试验破坏现象和滞回曲线的比较，两片墙的其他方面都是相同的。SHW—1的轴压比为0.4，它的受压区先出现竖向裂缝，受压钢筋先达到屈服应力，由受压区混凝土破碎而丧失承载内力，破坏是突然的，由实测的滞回曲线可见，该剪力墙只有很小的塑性变形，位移延性比为2.17；SHW—3的轴压比为0.2，是典型的大偏压破坏，受拉钢筋先屈服，最后混凝土受压区出现竖向裂缝而压碎，它的实测滞回曲线较丰满，塑性变形较大，延性比为5.59。
图7-6 不同轴压比的剪力墙破坏现象 与滞回曲线的比较（清华大学）
在7.1.2节中，已经通过分析了解影响延性比的根本因素是相对受压区高度，通过试验也可以看到随着受压区高度加大而延性比降低这一规律，图7-7a是用清华大学做的部分剪力墙试验数据归纳的相对受压区高度—位移延性比（ξ—μΔ）关系曲线[57]。图7-7b是用上述同样的试验数据，但是取轴压比作为参数整理的轴压比—位移延性比（n—μΔ）关系，因为受压区相对高度与轴压比有关，也可看到随轴压比增加而延性降低的规律。但是，应当注意，轴压比参数掩盖了截面形式的影响，在同样的轴压比下，由于截面形状不同，受压区高度会差别很大，延性也相差较大，例如在上述试验数据中有两个试验模型，具有相同的轴压比0.15，其中一片是矩形平面，相对受压区高度为0.157，试验实测延性比为3.22，另一片为I形截面，相对受压区高度为0.061，实测的延性比为5.60。也就是说，在同样的轴压比下，矩形截面剪力墙的受压区高度大、延性小。
图7-7 剪力墙的位移延性比规律（清华大学）(https://www.chuimin.cn)
a）相对受压区高度—位移延性比（ξ-μΔ） b）轴压比—位移延性比（n-μΔ）
为了保证剪力墙的延性，避免截面上的受压区高度过大而出现小偏压情况，应当控制剪力墙加强区截面的相对受压区高度，剪力墙截面受压区高度与截面形状有关，实际工程中剪力墙截面复杂，设计时计算受压区高度会增加困难，为此，我国规范和规程采用了简化方法，要求限制截面的平均轴压比。抗震等级高的剪力墙限制严格，抗震等级低的可以放松一些。我国规范规定一、二级抗震等级剪力墙在重力荷载代表值作用下的墙肢的轴压比限值见表7-2，设防烈度为9度时要求最严格。
表7-2 墙肢轴压比限值
计算墙肢的轴压比时，轴向压力设计值N取重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值（自重分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4），这也是一种简化措施。
虽然规范规定的轴压比限制不区分截面形式，但是由以上分析可见，在实际应用中，还是应当考虑到截面形式影响，对一字形截面的剪力墙而言，应当严格限制轴压比，否则是十分不利的。
需要限制轴压比的截面，主要是在剪力墙的加强部位，通常取底截面（最大轴力的截面）进行验算，若墙肢厚度或混凝土强度等级有变化时，则还应验算截面变化处的轴压比。
此外，在剪力墙底部加强部位设置边缘构件是提高剪力墙延性等抗震性能的重要措施，边缘构件要求与轴压比有关，将在7.3.4节详细介绍。
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