魏山山 唐红元

1 概述

鉴于某些截面形式的短肢剪力墙力学性质很不对称，比如横断面为T形、L形的短肢墙在承受不同方向侧力时，承载力、延性、刚度等性能会不对称[1]。考虑在其截面中埋置型钢后，其受力性能会得到改善，减小构件的截面尺寸，增加建筑的使用面积，提高结构的抗震性等。因此，该结构即型钢混凝土短肢剪力墙具有相当广阔的发展前景。

2 型钢混凝土结构的形式及特点

型钢混凝土结构(简称SRC结构)是指在混凝土内配置型钢(轧制或焊接成型)和钢筋的组合结构[3]。与钢结构相比，SRC结构外包混凝土可以防止型钢的局部屈曲，并能提高钢构件的整体刚度，增加结构的耐久性和耐火性，同时具有良好的延性和耗能性能，还可以节约钢材。与普通钢筋混凝土结构相比，SRC结构内含型钢，其承载力高，刚度大，延性及耗能性能好，具有良好的抗震性能;在相同荷载情况下，可大大减小柱截面尺寸，避免形成不利于抗震的短柱。

国内外试验研究表明[4]，型钢混凝土结构中，型钢与混凝土的粘结力大约只相当于光面钢筋与混凝土的45%。因此，需要在构件上加设剪切连接件以确保型钢与混凝土协同工作，或在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响。

3 型钢混凝土短肢剪力墙结构的概念及特点

短肢剪力墙属于剪力墙结构体系，短肢剪力墙[2]是墙肢截面高厚比为5～8，墙厚不小于200 mm的剪力墙，它的形式介于异形框架柱与一般剪力墙之间。《型钢混凝土组合结构技术规程》[3]规定:型钢混凝土剪力墙为剪力墙的边缘构件中配置实腹型钢形成暗柱并配有一定横向箍筋及纵向受力钢筋的结构。

型钢混凝土短肢剪力墙是基于对短肢剪力墙结构和型钢混凝土结构两类结构的认识，发挥两者优势的同时克服它们的缺点而提出的。将型钢混凝土组合结构应用于短肢剪力墙结构，成为一种新型的混凝土短肢剪力墙——型钢混凝土短肢剪力墙。

4 型钢混凝土短肢剪力墙的国内研究现状

对型钢混凝土短肢剪力墙的研究只是在近几年，而且主要是对构件的研究，目前还处于初级阶段，很多理论与计算方法还有待进一步研究。主要是西安建筑科技大学和北方工业大学的课题组对“一”字形和“T”形型钢混凝土短肢剪力墙的承载力和抗震性能做了相关研究。

北方工业大学的课题组对“一”字形型钢混凝土短肢剪力墙构件进行了一系列试验来研究其抗震性能。王献云[5]对端部配置角钢“一”字形型钢混凝土短肢剪力墙墙肢构件进行抗震性能的试验研究，分析其承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能能力及破坏机理等，试验结果表明，与普通“一”字形混凝土短肢剪力墙比较，型钢混凝土短肢剪力墙构件的承载力较大，刚度有相应提高，延性性能良好，耗能能力显著。郑亮[6]对端部配置槽钢“一”字形型钢混凝土短肢剪力墙墙肢构件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验，试验结果表明槽钢混凝土短肢剪力墙的承载能力和耗能比普通短肢剪力墙的相应值明显提高，设置槽钢暗柱提高了混凝土短肢剪力墙的抗震性能。范源[7]进行了六个不同肢厚比端部分别配置角钢和槽钢的“一”字形型钢混凝土短肢剪力墙低周反复荷载试验。根据试验结果，分析不同型钢配置的混凝土短肢剪力墙承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能能力、应力应变及破坏机制等抗震性能差异，研究其抗震作用机理。在试验研究基础上，建立型钢混凝土“一”字形短肢剪力墙的刚度和承载力简化力学模型和计算公式，建立了恢复力模型。

西安建筑科技大学的课题组通过有限元分析和试验研究对T形型钢混凝土短肢剪力墙构件的极限承载力和抗震性能做了一系列研究。韩向科[8]通过有限元软件ANSYS对T形端部配置型钢短肢剪力墙腹板进行单调荷载作用下模拟试验分析，揭示了型钢混凝土短肢剪力墙的破坏形式和不同影响因素作用下的变化规律，在此基础上推导了正截面和斜截面的极限承载力公式。孙涛[9]对试件截面高宽比为5和6的T形型钢混凝土短肢剪力墙进行了低周反复荷载试验研究。通过观测裂缝和挠度的发展变化规律，记录开裂荷载、屈服荷载、极限荷载值，并记录破坏形态，对试验的结果进行分析，包括承载力、延性、滞回特性等，并结合已完成试验进行对比分析，得到通过配置型钢，大大改善了构件的抗震性能，滞回曲线接近对称，型钢短肢剪力墙的延性系数也可以达到3以上，满足了工程延性的需要的结论。胡利[10]在对有限元模型进行校验之后，对不同轴压比下的T形SRC短肢墙进行单调反复荷载下的非线性分析，研究构件的轴压比对正截面抗弯承载力的影响。并基于计算分析和试验研究，参照规范，推导出T形SRC短肢墙在单向偏心受压作用下的正截面强度的计算式。

5 型钢混凝土剪力墙的国外研究现状

国外对钢板混凝土剪力墙研究较多，Astaneh-ASI[11]等对内藏单层钢板混凝土剪力墙进行了一系列的试验研究，试验结果表明:在反复荷载作用下内含钢板的混凝土墙板能够大量耗能，是一种有前途的抗侧力构件。但由于钢板和混凝土墙板的组合体刚度很大，导致吸引大量的力，即使在相对小的横向侧移下产生的横向力都能导致混凝土剪力墙墙板与外部构件连接处开裂。

Berman，Jeffrey W分别对框架中填充轻型钢板和填充轻型波纹钢板的剪力墙进行了试验研究，表明二者均具有良好的延性和耗能能力[12]。加拿大学者Hossain，K.M.Anwar对两侧为钢板，中间填充混凝土的组合剪力墙进行了试验研究，对其变形、强度、刚度、应变、钢板—混凝土相互作用和破坏模式等进行研究分析，导出了抗剪强度和刚度的分析模型[13]。

6 有待研究解决的问题

1)对暗柱箍筋的影响有必要进行较为深入的讨论，合理范围内增大暗柱箍筋的配筋率对改变构件的破坏形态能起到积极作用，需要进一步探索满足工程需要的合理的暗柱配筋率。2)型钢短肢剪力墙结构的整体性能不仅取决于单个构件的特性，还有各构件之间不同的组合连接关系，这使得构件在结构中的表现往往与单个构件时的大为不同。由此，短肢剪力墙构件本身以及如何将其放在整体结构中发挥作用，都需要研究人员及设计人员进一步掌握和了解，以此来指导型钢短肢剪力墙结构的设计工作，今后仍需在这一方面进行大量深入研究。3)型钢与混凝土这两种材质之间的粘结滑移现象不可避免，但又不容忽视，一直是理论分析的重难点，如何进一步考虑粘结滑移对其承载力的影响，值得进一步探讨。4)目前只有“一”字形和“T”形型钢混凝土短肢剪力墙构件的研究成果，还应深入研究不同形状的构件和不同形式的型钢暗柱及其摆放形式对型钢混凝土短肢剪力墙的抗震性能的影响，进一步使研究成果系统化。

7 结语

型钢混凝土短肢剪力墙作为一种新型的结构形式，它综合了型钢混凝土结构和钢筋混凝土短肢剪力墙的性能，具有较高的承载力和刚度及良好的抗震性能等优点，充分发挥两者的优势，同时避免了两者的不足，对拓宽型钢混凝土结构的应用范围，具有十分重要的工程应用价值，且对完善短肢剪力墙结构都具有非常重要的意义。

[1] 容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系[J].建筑结构学报，1997(6):14-19.

[2] JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] JGJ 138-2001，型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[4] 赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京:科学出版社，2001.

[5] 王献云.型钢混凝土组合短肢剪力墙抗震性能试验研究[D].北京:北方工业大学硕士论文，2008.

[6] 郑 亮.型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能理论分析和试验研究[D].北京:北方工业大学硕士论文，2008.

[7] 范 源.型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究与理论分析[D].北京:北方工业大学硕士论文，2008.

[8] 韩向科.型钢混凝土短肢剪力墙正截面斜截面分析[D].西安:西安建筑科技大学硕士论文，2007.

[9] 孙 涛.T形型钢短肢剪力墙低周反复荷载试验研究[D].西安:西安建筑科技大学硕士论文，2009.

[10] 胡 利.T形型钢混凝土短肢剪力墙正截面承载力分析[D].西安:西安建筑科技大学硕士论文，2009:42-44.

[11] Astaneh-ASI.Seismic behavior and design of steel shear walls[J].Structural Steel Educational Council，ASCE ，2001(5):21-22.

[12] Berman，Jeffrey W.Bruneau，Michel.Experimental investigation of light-gauge steel plate shear walls[J].Journal of Structural Engineering，2005 ，131(2):259-267.

[13] Hossain，K.M.Anwar，Wright，H.D.Performance of double skin-profiled composite shear walls experiments and design equations[J].Canadian Journal of Civil Engineering，2004，31(2):204-217.