悬臂剪力墙结构研究现状

剪力墙按结构材料可以分为钢筋混凝土剪力墙、型钢混凝土剪力墙、配筋砌块剪力墙和木框架剪力墙等。国内外学者对悬臂剪力墙进行了大量的试验研究，主要研究目的为：1）提高经济效益；2）提高剪力墙的抗震性能；3）降低施工难度。下面分类详细介绍悬臂剪力墙的研究进展。

（1）钢筋混凝土剪力墙

钢筋混凝土剪力墙是目前最常用的剪力墙类型。文献[56～61]通过低周往复试验研究了不同受压区高度、不同轴压比、不同剪跨比、边缘构件的长度、边缘构件配筋方式等对普通混凝土剪力墙的抗震性能的影响。为了提高普通混凝土剪力墙的抗震性能和延性，根据结构抗震控制概念，吕西林等[62，63]在墙体中部开竖向通缝并在缝中填充氯丁橡胶带的通缝剪力墙及在剪力墙通缝中设置剪切连接键的双功能带缝剪力墙，试验结果表明虽然带缝剪力墙的极限承载力及刚度略有减小，但其延性及耗能能力均有提高墙；叶列平等[64，65]通过双功能带缝墙、整体墙和通缝墙受力性能的对比试验，研究了连接键参数变化对双功能墙受力性能的影响，并对比了三种剪力墙承载力、刚度、延性及耗能能力。由于带缝剪力墙设计及施工复杂，连接键破坏后修复困难、剪力墙延性及耗能能力提高的同时承载力及刚度降低等原因，带缝剪力墙没有得到推广应用。

随着高强混凝土应用的推广，国内外学者将钢筋混凝土剪力墙研究重点转向了高强混凝土剪力墙。文献[66，67]对混凝土强度50～90MPa高强混凝土剪力墙进行了试验研究。研究结果表明，采用高强混凝土，剪力墙的抗剪承载力及刚度均有提高，但延性变差。为了改善高强混凝土剪力墙的延性及抗震性能，文献[68～74]建议采取以下措施并进行了试验验证：（1）适当增加墙板中横向分布钢筋和暗柱（或端柱）中箍筋的数量；（2）用分段封闭约束箍筋增强边缘构件箍筋对混凝土的约束效果；（3）由于高强箍筋对混凝土的约束效果优于普通箍筋，采用合理配置的高强箍筋可以提高墙肢延性；（4）在截面两端配置型钢。之后，随着混凝土材料的进一步发展，钢纤维（高强）混凝土及纤维增强混凝土等新型材料也被应用于剪力墙中，剪力墙表现出良好的抗震性能[75～77]，但目前为止这方面研究还较少。

在剪力墙的设计及受剪承载力计算方面，我国规范[15，16]采用基于试验或所提出模型建立的经验表达式给出了钢筋混凝土剪力墙设计方法及抗剪承载力计算公式；Y.L.Mo等[78]和H.W.Yu等[79，80]利用软化拉压杆模型提出计算低矮剪力墙的受剪承载力及延性的计算公式；梁兴文等[81～83]提出分段约束箍筋高强混凝土剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式、剪力墙截面相对受压区高度与曲率延性之间的关系、各特征点弯矩和曲率表达式、轴压比限值。钱稼茹等[84～86]建立了剪力场考虑约束边缘构件的位移延性比的计算方法；通过理论计算，研究了轴压比、高宽比、约束边缘构件的长度及其含特征值对位移延性的影响；提出了基于位移延性的剪力场抗震设计建议，以及确定约束边缘构件长度及其配箍的计算方法。通过对106个试件的试验数据拟合分析，得到了计算式的相关参数，给出了RC剪力墙变形能力的计算方法。张松等[87，88]给出了弯剪形混凝土剪力墙边缘约束区长度和最小配箍特征值的建议设计方法，从理论分析和试验数据得到影响特征点值的主要影响因素、骨架曲线的计算方法及剪力墙构件恢复力模型的计算方法。在性能设计方面，我国规范[15，16]给出了实现抗震性能目标的参考方法；钱稼茹等[89]根据延性结构设计概念，提出了基于位移延性需求的剪力墙抗震设计方法；梁兴文等[90]研究了普通混凝土及高强混凝土剪力墙性能水平，并用层间侧移角限制予以量化，提出了不同配筋及混凝土钢筋混凝土剪力墙直接基于位移的抗震设计方法。

（2）型钢混凝土剪力墙

型钢混凝土剪力墙（也称为SRC剪力墙）是一种新型的剪力墙，它以型钢为钢骨并在型钢周围配置钢筋并浇筑混凝土。同时，在钢-混凝土组合结构中采用SRC剪力墙，便于横向钢梁与剪力墙的连接。根据有无边框，型钢混凝土可以分为无边框SRC剪力墙和有边框SRC剪力墙、带工字钢边框混凝土剪力墙及带槽钢边框混凝土剪力墙等。另外，高强混凝土也被应用于SRC剪力墙中[91，92]。下面简要介绍一下国内外相关研究的概况。

①无边框SRC剪力墙

钢板混凝土剪力墙可分为外包钢板混凝土剪力墙、双层钢板混凝土剪力墙及内藏单层钢板混凝土剪力墙。外包钢板混凝土剪力墙是在剪力墙外侧以普通钢板作为基本支撑板，两侧外包混凝土为钢板提供侧向约束，防止钢板过早屈曲失稳；双层钢板内填混凝土组合剪力墙是在两层钢板中间内填混凝土并在钢板中设置竖向加劲肋。试验结果表明[93～96]，钢板能够减缓混凝土裂缝开展的速度，提高剪力墙的延性及承载力。缺点为钢板和混凝土墙板的组合体刚度很大，导致混凝土剪力墙墙板与外部构件连接处开裂。文献[97]采用在混凝土墙板与旁边构件之间设置缝隙的方法来改善连接处裂缝的产生，由于裂缝的存在，钢筋混凝土墙板不会和边界杆件共同工作，也就不会参与抵抗在相对小横向侧移下的横向荷载，连接处的裂缝也不会产生，但这种方法降低了结构的整体性。

钢管混凝土是将普通混凝土剪力墙沿横向断开，中间以钢管混凝土柱连接，利用钢管混凝土柱的塑性变形消耗地震能量减小结构的地震反应。试验结果表明[98]，通过合理的设计，使钢管混凝土柱在上下墙片开裂之前首先屈服，这样的破坏主要集中在钢管混凝土柱部分，震后易于拆换和修复。

除此之外，无边框SRC剪力墙还包括钢骨混凝土剪力墙[99，100]、内藏钢框架—钢筋桁架剪力墙和内藏钢桁架剪力墙[101]，其抗剪承载力均优于普通剪力墙。

②有边框SRC剪力墙

有边框SRC剪力墙由型钢边框和钢筋混凝土板组成，边框和墙板通过焊接在外边框梁柱上的栓钉连接。这种形式的剪力墙受力分工明确：钢框架承受竖向荷载和由地震作用引起的倾覆力矩，混凝土墙板承受水平剪力。同时钢框架也可以对混凝土墙板起到约束的作用。目前，边框类型主要有工字钢边框[102，103]、型钢边框[104～106]、钢管混凝土边框等[107～109]。试验研究表明，有边框SRC剪力墙设计合理的情况下具有较高的整体抗震性能，其延性及耗能能力与边框和剪力墙在变形过程中能的协调变形能力有关。

总体来说，由于SRC剪力墙中的型钢与混凝土能够共同工作，两种材料的强度都能得到充分利用，其抗弯承载力、抗剪承载力及延性均好于普通混凝土剪力墙[110]。SRC剪力墙具有较高的极限承载力和良好的延性及耗能能力。然而，目前关于SRC剪力墙的抗震性能试验研究主要集中在轴压比为0或者轴压比较小的情况。在一些实际工程中，如建筑的底部剪力墙常遇到轴压比较大的情况，当轴压比增大后，SRC剪力墙的抗震性能如何，如何合理进行设计，这些尚需要进行进一步研究。

在理论研究方面，文献[111～115]对承载力、恢复力模型、延性系数、截面变形能力与约束钢筋数量之间的关系，截面变形与构件侧移之间的关系，结构性能水平与相应变形容许值之间的关系等进行了了研究。梁兴文等[116]在试验研究基础上，研究了型钢剪力墙基于性能的设计方法。对于型钢剪力墙，型钢与混凝土的粘结滑移是影响剪力墙受力性能的一个关键问题，国内外对此进行了较多的研究，包括对型钢与混凝土的粘结强度的取值[117]、型钢表面状况对粘结强度的影响[118]、混凝土浇注位置、型钢截面尺寸和横向配箍率、混凝土强度对型钢混凝土粘结强度的影响[119～121]、粘结应力沿型钢锚固长度上的变化[122，123]、粘结破坏机理和裂缝分布规律[124]。

（3）配筋砌块砌体剪力墙结构

配筋砌块砌体剪力墙结构是由承受竖向和水平作用的配筋砌块砌体剪力墙和混凝土楼、屋盖所组成的房屋建筑结构，在节地的同时，还具有显著的节材效果，符合国家相关产业政策的要求，在我国一些地区应用较多[125，126]。

试验研究方面，国外对配筋砌块砌体剪力墙的性能研究比较多，主要对不同水平钢筋配筋率[127]、不同轴压比[128]、不同高宽比[129]及无筋砌体剪力墙[130]等抗震性能进行研究。我国配砌块配筋砌体结构的研究较少，主要有四川建科院1986年对混凝土空心砌块砌体结构做了123件各种墙体的试验研究；唐岱新等通过16个配筋砌块砌体剪力墙连梁[131]，研究了不同配筋率对砌块配筋砌体结构中连梁抗震性能的影响；陈再现等[132]在完成3层足尺底框配筋砌块短肢砌体剪力墙房屋系统的拟动力结构抗震性能试验后，根据对损伤程度的评估，对比分析了粘钢、粘贴玻璃纤维布和裂缝修补技术3种最常用的加固方法对受损部位的加固效果；黄靓等[133]对4片配筋率相同但灌孔率和砌筑方法（错缝砌筑和同缝砌筑）不同的N式砌块配筋砌体剪力墙进行了低周反复荷载试验，研究了墙体的破坏模式、承载力、滞回特性、延性等抗震性能指标。

理论研究方面，根据国内有关单位的试验和理论研究成果[134，135]，我国《砌体结构设计规范》[136]基于力的设计给出了砌块砌体构件承载力计算方法、配筋砌块砌体剪力墙构造规定以及抗震设计方法，为这种结构体系的广泛应用提供了科学依据。蔡健等[137]针对配筋砌块砌体的特点，采用数值计算的方法确定配筋砌块砌体剪力墙的屈服曲率和极限曲率，并建立剪力墙曲率延性比和位移延性比的关系，并推导出的轴压比限值的近似公式。梁兴文等[138，139]根据混凝土砌块配筋砌体剪力墙结构的特点，将其性能划分为使用良好、保证人身安全和防止倒塌三个水平，并用层间位移角限值予以量化，提出了混凝土砌块配筋砌体剪力墙结构基于位移的抗震设计方法。