剪力墙竖向不连续结构的震害与抗震设计概念
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摘要：基于剪力墙竖向不连续结构在建设综合性大楼时有着显著的优越性，很早就在国外综合性建筑的建设施工中被使用。然而，这种结构虽然能应付大楼综合的需要，但是对于抗震的设计却存在着许多难度。国外有许多因为剪力墙竖向不连续结构设计欠缺妥当而被地震破坏了建筑物的实例，这些震害在带来巨大损失的同时也为改善结构设计带来了宝贵的经验。
关键字：剪力墙；震害；抗震设计
中图分类号： TU352.1+1文献标识码：A文章编号：
随着经济建设的发展，城市化进程不断加快，涌现出越来越多的高楼大厦。早期建筑物功能比较单一，比如专门用来居住的公寓、专门用来办公的写字楼以及旅馆等。随着城市建设的进一步深化，功能单一的高层建筑物已经不能满足现代社会的发展需要。为了适应人们日益加快的生活节奏，提高其工作效率，一批批综合性大楼逐渐出现，其涵盖了住宅、办公室、商场、以及文娱活动等设施。这种多功能于一体的大楼要求其建筑结构体系也要发生相应的变化，面对这种综合性建筑，剪力墙竖向不连续结构具有显著的优越性。但是，国外因为对这种结构设计不合理导致在遭遇地震时建筑物倒塌及被破坏的实例比比皆是，这也让我们不得不思考这样一个问题：在设计剪力墙竖向不连续结构时如何有效提高其抗震性？这也是本文讨论的重点。
一、案例分析
（一）研究对象
1979年美国圣费南多遭遇里氏6.4级的地震灾害，这次地震导致大量建筑物被损坏。此处选取位于圣费南多的一家医院作为研究对象。
该医院一共有8层，其中有一层是在地底，其余7层位于地面。该院选取桩基作为基础，结构布置由框架与剪力墙共同组成，抗侧力体系设计为钢筋混凝土浇筑的剪力墙，对框架柱的设计只能承受来自竖向的荷重。在结构的东西方向和南北方向设置了厚度达200mm的剪力墙，建筑物的东边轴线和西边轴线有许多竖向不连续的剪力墙结构，依靠梁来进行支撑，剪力依靠楼板进行传递。另外，在建筑物东西方向、南北方向和建筑物的中间部分都安排了一些钢筋混凝土浇灌的柱子。楼盖结构选取的是密肋梁板体系，以南北方向进行布置。在钢筋混凝土浇灌的柱子之间布置了裙梁，接通在柱子的内侧。在实际施工过程中，墙和柱这些竖向构件在楼盖附近部位还夹杂着灌注了一些轻混凝土。该医院的结构布置如图1。
图1 医院结构布置图
（二）震害
1、医院西部E轴线在第2楼层和第3楼层楼板下面的剪力墙不连续，必须由第2、3和第四楼层楼板重新对其水平力加以分配，这样一来就致使楼板的受力明显加大，从而使E轴线与F轴线中间地带出现了较大的裂缝。另外，E轴线的剪力墙也在这些楼层产生了剪切裂缝，在第3层夹杂着轻混凝土的墙面位置，剪力墙顺着墙面开裂。见图2。
图2 E轴剖面图
2、医院东部N轴线在3楼楼板下面的剪力墙不连续，剪力墙在第2—5层楼的两头顶部存在严重开裂现象，南端于4楼墙面处被破坏。另外，墙端柱的混凝土已经破碎、纵向筋搭接的地方已经脱落，箍筋也呈现断开状态。见图3。
图3 剪力墙被破坏现场图
3、如图2所示，横向柱有剪切裂缝，尤其是在2—4层最为明显。纵向外框架的裙梁被严重压坏，保护层从柱上面剥落下来了，纵筋向外面凸出，尤其是在3楼处最为严重。另外，医院纵向剪力墙在震后出现的剪切裂缝呈现出X形状，极其严重。见图4。
图4 纵向剪力墙裂缝情况
（三）总结
1、在这栋建筑物里，中部有许多落地剪力墙，西部E轴线在2和3楼楼板下面的剪力墙不连续，从而转换成框支柱，但是在E轴附近3.5m左右位置设置了落地剪力墙，这可以提高框支柱抗震的能力。在建筑物东部N轴线南面，第3层楼板下面的剪力墙不连续，从而转换成2层的框支柱，不过因为N轴线北面是设置的落地剪力墙，可以提高框支柱的抗震能力。于是除了E轴第1层的框支柱被破坏外，其他的框支柱都状态正常。
2、由于约束箍筋在剪力墙端部位置严重缺乏，主筋没有在合理的位置搭接，致使东部N轴在4楼的位置，剪力墙南边被严重破坏。另外，剪力墙相互之间连梁跨高比严重不符合标准，失去了原有的作用，纵向剪力墙形成了严重的X状剪切裂缝。
3、由于剪力墙不连续楼层位置的楼板运用只有76mm厚且配筋少的密肋板，而且转换梁的硬度以及承载抗压能力都比较弱，致使E轴和N轴的转换层产生了剪切裂缝，另外转换层上面还出现了剪力墙与柱被破坏的情况。
4、该建筑物在设计柱的时候没有充分考虑需要承受的所有荷重，当地震发生后，剪力墙被破坏，形成严重的裂缝和严重的非弹性变形，进而导致纵向的外周边柱必须承受更多来自其他部位的压力，当剪力与弯矩超出柱能承受的范围后，便形成了大量的剪切裂缝。
5、由于浇筑剪力墙以及柱的都是普通混凝土，楼面也只是强度不够的轻混凝土，导致部分楼面处的剪力墙被破坏。
美国该医院震害具突出的代表性，对其进行分析可以获得剪力墙竖向不连续结构在抗震设计工作中的两个有用概念。
（一）虽然剪力墙只有一部分在底部发生中断现象，并转换成了框架，但是有足量的剪力墙是保持着连续贯通落地状态的，这种剪力墙结构称为部分框支剪力墙结构，如果对其设计较为合理的话，将会具有很好的抗震性能，但是如果设计存在缺陷，比如使用刚度不强的转换构件、楼板刚度不够强以及没有强力的抗剪承载力等，就还是会受到地震的影响，出现楼板被严重损坏以及转换构件上面部分的剪力墙和柱破坏更加严重等情况。
（二）针对部分框支剪力墙结构的抗震设计工作，需要加强底部的强度、转换层上两层的楼板的加强、剪力墙的加强以及柱的加强，要在加强部位上面的结构中使延性耗能机制有效表现出来。
结束语
从对美国圣费南多市某医院的震害进行分析后可以看出，要想做好剪力墙竖向不连续结构的抗震设计并不简单。如何将结构设计得更为合理并有效防止地震为地区带来损失，是一个需要重视的问题。部分框支剪力墙结构有很好的抗震性能，但如果设计不合理将达不到理想状态，要求在抗震设计中对剪力墙、柱以及其他相关部位进行加强处理。
参考文献：
[1]刘智星.钢筋混凝土框架—剪力墙结构抗震性能评估[D].北京工业大学,2008
[2]吴阳.汶川地震框架填充墙结构震害分析与数值模拟[D].合肥工业大学,2010
[3]辛力.高性能混凝土剪力墙直接基于位移的抗震设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2009