剪力墙轴压比应该考虑地震作用?

现行规范在计算剪力墙轴压比时,采用重力荷载代表值工况,即不考虑地震作用;但在计算框架柱轴压比时,采用地震组合工况,甚至需要考虑风载参与组合。

这里面的原因是,常规剪力墙构件截面高度远大于截面宽度,在水平荷载作用下,剪力墙两端拉压力互相平衡,总轴力峰设土木网基本等于重力荷载代表值,所以在计算全截面轴压比时,无需考虑水平力的影响。

事实上,剪力墙轴压力分布一定是不均匀的,其与剪力墙在结构平面中的分布有关,位于平面外侧或端部的剪力墙,以及长墙中的边缘构件,必然承受更大的轴压力。

规范将剪力墙轴压比限值在框架柱的基础上进行折减,比如一级框架柱轴压比为0.75,一级剪力墙轴压比为0.50,试图以这种方式考虑剪力墙轴压力分布的不均匀性。这种做法存在几个问题:

1)剪力墙翼墙与腹板的抗震延性可能颠倒,我们期望翼墙的延性高于腹板,但由于翼墙的轴力显著大于腹板,翼墙的抗震延性可能反而低于腹板。

2)不同地震烈度作用下,地震作用与重力荷载的比值不同,即地震作用引起的轴力增量不同。规定相同的轴压比,可能导致低烈度区剪力墙延性富裕,高烈度区延性不足。

3)轴压比的规定,最终落实到大震层面,就是我们会不会担心,大震作用下,翼墙的轴压比会达到1.0甚至1.1,从而导致局部构件或者整片墙体的局部范围被压溃,而这些位置对结构的整体稳定往往是起重要作用的。

国内的抗规体系,是通过小震弹性设计叠加一系列的抗震措施,保证结构在中震及大震作用下的承载力及延性,但目前规范针对剪力墙轴压比的规定,在这一方面是模糊的。这也是为什么我们需要重新讨论剪力墙轴压比的问题。

几年前,考虑到部分剪力墙构件(平面端部)水平荷载引起的轴力分量较大,我们将关键位置的剪力墙翼墙按框架柱复核轴压比,因为突破了规范要求而被业主及设计单位质疑。
2021版的深圳高规对剪力墙轴压比问题进行了细化和明确。深高规将抗震等级为一峰设土木网级的剪力墙轴压比限值由0.50提高为0.60,同时明确需要验算边缘构件的轴压比,计算方法为考虑地震作用组合的轴力设计值与边缘构件的截面面积和混凝土抗压强度设计值之比。轴压比限值取相同抗震等级的框架柱的轴压比限值。

深高规不只是考虑了平面外侧或端部的剪力墙构件,还考虑了平面中部长墙肢的边缘构件。目前结构软件已支持这种做法。


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