李其廉 张慧玲

河北科技大学建筑工程学院

双钢板混凝土组合剪力墙的综合分析

李其廉 张慧玲

河北科技大学建筑工程学院

高层及超高层建筑的主要抵抗侧力的构件是剪力墙或者剪力墙与筒体组成的结构。建筑高度的增加和对建筑功能要求的提高促使研究者研发出一种新型钢板剪力墙，即这种剪力墙可以减小墙体厚度，增加建筑使用空间。本文主要分析双钢板混凝土组合剪力墙的主要优缺点及性能。

双钢板混凝土组合剪力墙；性能；分析

1 前言

近年来，越来越多的建筑工程结构采用钢筋混凝土组合剪力墙作为主要抗侧力构件，它的抗侧刚度非常大。经国内外学者研究，钢筋混凝土组合剪力墙的种类越来越多，包括普通钢筋混凝土组合剪力墙、型钢混凝土组合剪力墙、单钢板混凝土组合剪力墙、钢管混凝土边框组合剪力墙、双钢板混凝土组合剪力墙等。

双钢板混凝土组合剪力墙又称SC剪力墙。它是钢板剪力墙的提升和创新，构造是在两层钢板中嵌入一定厚度的混凝土，然后钢板和混凝土用螺栓、栓钉或者栓钉和其他连接件组合等固定和连接，使混凝土和钢板二者可以共同工作，并充分发挥作用。根据受力情况，混凝土可以适当配置一定量的钢筋。

作为最新型的抵抗侧向力的构件，双钢板混凝土组合剪力墙优点颇多。该墙体承载力大、刚度大、延性和耗能能力强，结构整体抗震性能很好，且施工速度周期快，施工简便，造价相对较低，性价比较高。

2 研究进度

聂建国、卜凡民等经试验得出：低剪跨比受剪承载力大大提高，延性和耗能能力也大大改善，抗侧刚度增大，抗震性能显著增强，因此日后采用双钢板混凝土组合剪力墙应适当降低剪跨比。此类低剪跨比剪力墙是一种性能优越的新型剪力墙。

马晓伟在双钢板剪力墙各种组成材料的基础上，对其截面性质参数包括正、负相关参数和无影响刘鸿亮等提出了约束拉杆与双钢板混凝土组合剪力墙结合，通过具体试验和参数进行分析和归纳，提出双钢板剪力墙压弯承载力求解公式，为研究者和设计者奠定了基础。

郭小农等研究了开洞双钢板组合剪力墙的抗震性能，对比了所开洞口的面积、形状、位置等对其抗震性能的影响，推导出承载力考虑折减率的相关公式，以及最佳开洞率在17%左右。得出：开洞虽然使极限承载力和初始刚度都降低了，但使耗能和变形能力提高了，并对洞口构造要求提出建议。

武晓东等把双钢板组合剪力墙与筒体结构相结合，通过具体试验及现象研究了该类剪力墙的翼墙和腹侧墙的剪力滞后现象并作出对比，得出：侧部主要承受剪力而翼墙主要承受弯矩。

刘鸿亮提出了约束拉杆和双钢板组合剪力墙结合，通过具体试验和有限元仿真模拟分析了剪跨比、混凝土和钢板强度、截面高度和截面含钢率、钢板屈曲强度等对该墙体的承载力的影响，然后采用纤维模型法和非线性有限元方法对组合剪力墙进行数值模拟，并在此基础上进行了相关参数分析。钢板屈曲强度、混凝土强度及含钢率与剪力墙的承载力成正比，且涨幅明显。但混凝土强度增加，却降低了极限位移角，而增大剪跨比可以通过增大剪跨比的方式来解决。

聂建国、汪家继等在中高剪跨比双钢板混凝土组合剪力墙实验结果的基础上，建立有限元模型分析表明：混凝土主要提供此类剪力墙的压弯初始抗侧刚度，而含钢率对此影响较小；此外大震时要控制双钢板剪力墙的轴压比在0.4以内。

3 承载力影响因素

通过ABAQUS建立模型进行模拟，混凝土采用C3D8R实体单元，钢板采用S4R壳单元，得出：钢板厚度、混凝土厚度、双层钢板间距、高跨比等都对双钢板混凝土组合剪力墙性能有着一定的影响。

钢板厚度对结构耗能能力同样具有影响，钢板越厚，耗能能力越强，但随着钢板厚度增加，耗能增长速度逐渐降低。高跨比对结构整体耗能影响较大，高跨比越小，结构耗能能力越强。

4 节能分析

当今时代，我国越来越提倡绿色建筑，绿色建筑要求节能环保，而双钢板混凝土组合剪力墙以节能发展为核心，恰好能满足这一要求，是绿色建筑最好的选择，应得到广泛的应用。

单钢板混凝土组合剪力墙比普通钢筋混凝土组合剪力墙结构延性好、滞回性能稳定、耗能能力高、塑性性能好，而且发生地震时不利作用较小。双钢板剪力墙在单钢板剪力墙基础上又优化了性能。其中混凝土和其两侧的双层钢板共同工作，可以大大改善并充分发挥混凝土的各方面性能，提高其延性、承载力及强度。混凝土除了防止钢板屈曲，还可以起到隔离声音的效果。此外，这种剪力墙墙体厚度减小，因此节约了建筑空间，降低了结构自重，降低了造价，且震后容易修复，经济效益明显增大。

通过比较各类剪力墙的施工过程，双层钢板混凝土组合剪力墙施工过程最容易最快。其过程包括两侧钢板的定位固定、钢板焊接连接、浇筑混凝土等。简易原因是两侧钢板可以约束住混凝土，施工时可做混凝土模板，这样就减少了施工环节，简单快捷。

5 耐火分析

目前对双钢板混凝土组合剪力墙的耐火分析较少，各种连接方式下的双钢板剪力墙在火灾升温状态下的破坏模式是相同的，都是向着背对火的一面弯曲，即整体压弯失稳破坏，然后受火面的外围钢板出现这周，此时连接件可以抑制这种钢板的平面外屈曲，但破坏结果是不同的。用螺栓来连接的剪力墙火灾下耐火极限最短，而采用两种组合连接件连接的在火灾下的耐火极限最长，栓钉连接的剪力墙耐火极限居于中间。由此表明：采用多种连接件组合连接的剪力墙更加耐火。

6 总结和展望

组合剪力墙以其抗侧刚度大、承载力高、抗震延性好和耗能高等优势，已经在越来越多的高层及超高层实际工程得到较为广泛地应用，比如天津津塔就把钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-核心筒结合，创新了思路。相信随着绿色建筑、装配式建筑和住宅产业化以及BIM技术的发展，双钢板混凝土组合剪力墙的应用及其与筒体结构结合的结合应用会越来越成熟。

[1]程春兰，周德源，叶珊.低剪跨比带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究[J].东南大学学报，2016（1）：46-01

[2]刘鸿亮.带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能[D].广州：华南理工大学，2014

[3]郭小农.开洞双钢板组合剪力墙抗震性能试验[J].哈尔滨工业大学学报，2015（6）：47-06

[4]张有佳，李小军.双钢板混凝土墙体构件抗震性能试验研究[J].武汉大学学报，2015（10）：48-05

[5]武晓东.双钢板-混凝土组合筒体剪力墙受力性能试验研究[J].建筑结构学报，2015（9）

[6]张有佳.双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述[J].建筑科学，2014（1）：30-01

李其廉(1965-)，男，河北临西人，高级工程师，副教授，主要从事结构设计、检测及加固方面的研究；张慧玲(1990-)，女，在读硕士研究生