基本介紹
- 中文名：矮牆效應
- 外文名：The parapet effect
- 受力狀態：剪下力
- 破壞形式：脆性破壞
- 學科：土木工程
- 領域：混凝土剪力牆
考慮矮牆效應的情況,帶框線開豎縫鋼筋混凝土低矮牆的抗震性能,對比模型試驗,抗震性能,較長剪力牆宜開設結構洞原因,如何避免設計出矮牆,
考慮矮牆效應的情況
以下三種情況應考慮“矮牆效應”。
（1）高寬比小於3的牆。
（2）底部為框架磚房的混凝土剪力牆，上部為砌體，混凝土部分的高寬比很容易小於3，形成抗震很不利的“矮牆”。
（3）框支結構中，落地牆在框支層剪力較大，按剪跨比計算也可能出現剪下破壞的矮牆效應，為了保證抗震牆在大震時的受剪承載力，只考慮有拉筋約束部分（邊緣構件）的混凝土受剪承載力。當然如果在牆肢邊緣構件以外部位的兩排鋼筋間設定直徑不小於8mm，間距不大於400mm的拉接筋，則抗震牆受剪驗算可計入混凝土的受剪作用。
帶框線開豎縫鋼筋混凝土低矮牆的抗震性能
為了改善底層框架砌體房屋的抗震性能，根據震害經驗總結，在底層設定一定數量的抗震牆，使結構側向剛度沿高度分布相對較為均勻。在實際工程中，其鋼筋混凝土抗震牆的高寬比往往小於1.0，一般稱之為低矮抗震牆。
低矮抗震牆是以受剪為主，其破壞形式為剪下破壞。為了改善低矮抗震牆的性能，研究人員採用了不同的處理方法：有的對結構中的低矮牆提出了開豎縫方案，將低矮牆板變為一組牆板柱，使其由受剪破壞狀態變為受彎剪破壞狀態，提高了牆體的變形能力和耗能能力，但剛度和承載能力降低較多。另有學者提出在混凝土牆板上開縫槽的方案，且允許牆板縱橫向鋼筋穿過，開縫槽牆的初始剛度和承載能力與整體牆相比降低不多，但其破壞形態仍為剪下破壞，其變形能力和耗能能力雖較整體牆有所提高，但與開豎縫牆相比就差得比較多。
對比模型試驗
圍繞改善這種帶框線低矮牆的抗震性能，研究人員進行了大量試驗研究及理論分析，旨在使改善性能後的牆體既具有較好的變形和耗能能力，又具有較大的剛度和承載能力。
為了解整體低矮抗震牆和開豎縫低矮抗震牆的性能，製作了五個試件，其中一個為整體牆，四個為開豎縫牆。為了研究開豎縫牆中的牆板柱高寬比的變化對牆體抗震性能的影響，開豎縫牆又分為中間開一道豎縫和開兩道豎縫，所有開豎縫試件中的水平鋼筋均在豎縫處斷開，並在豎縫的兩側各設定暗柱。開豎縫牆在豎縫處的處理方式又分為兩種：一種為在豎縫中預先放置兩塊預製的15mm厚的水泥砂漿板條，然後再澆築混凝土；另一種是直接澆築混凝土，使之成為僅水平鋼筋斷開的整體混凝土牆板。五個試件的框線尺寸和配筋均相同。
抗震性能
（1）在帶框線的低矮鋼筋混凝土牆上開豎縫至梁底，並在豎縫處放置預製的隔板，使帶框線的低矮牆分成兩個或三個高寬比大於1.5的牆板單元，可以大大改善帶框線低矮牆的抗震性能，其彈性剛度和極限承載能力與整體低矮牆相比降低不多，但變形和耗能能力大為提高。五個模型試驗的滯回曲線如圖《模型試驗的滯回曲線》所示。
模型試驗的滯回曲線
（2）從牆體的對比試驗結果可以看出，在豎縫處放入兩塊砂漿板的牆體抗震性能優於僅斷開水平鋼筋的整澆混凝土牆體。因此，在豎縫處放置兩塊預製的隔板是必要的措施。隔板寬度可與混凝土牆的厚度相同，其厚度可採用40～50mm。為增強隔板的剛性，可採用預製混凝土板條，並在內部配製φ6網狀鋼筋。
（3）開豎縫牆的豎縫兩側應設定暗柱。暗柱對豎縫兩側的混凝土裂縫的形成和開展有一定的限制作用，同時暗柱能夠提高牆板單元的承載能力和極限變形能力。暗柱的截面範圍為1.5~2.0倍的牆體厚度，其縱向配筋宜採用4φ16但不應小於4φ14，暗柱宜採用封閉箍筋，箍筋可採用φ8，最大箍筋間距不宜大於200mm，在暗柱的上、下兩端應適當加密。
（4）帶框線開豎縫低矮牆的框線柱的縱筋和箍筋對牆體的極限承載能力和變形能力有很大影響，其框線柱的配筋不應小於無鋼筋混凝土抗震牆的框架柱的配筋要求。
（5）帶框線開豎縫低矮牆的框線梁，在豎縫對應部位將受到因豎縫作用引起的附加剪力，應在豎縫兩側1.0~1.5倍梁高範圍內將箍筋加密，其箍筋間距不應大於100mm。
（6）從所進行的開一道和兩道豎縫的試驗結果來看，對整體牆抗震性能的改善基本相同，從改善帶框線低矮牆的抗震性能、提高變形和耗能能力的效果出發，建議開豎縫牆的牆板單元的高度比不應小於1.5，但也不宜大於2.5。
較長剪力牆宜開設結構洞原因
（1）提高牆肢延性，避免脆性破壞。剪力牆結構中，若牆肢的長度過長，其牆肢的高寬比(總高度/總寬度)有可能小於3，高寬比小於3的牆肢在地震作用下的破壞形態為剪下破壞，類似短柱屬脆性破壞，稱為矮牆效應。這類牆肢的延性差，於抗震不利。細高的剪力牆（高長比大於3）容易設計成彎曲破壞或彎剪型的延性剪力牆，從而可避免脆性的剪下破壞。
（2）避免單片剪力牆承擔的水平剪力過大。結構整體計算中這類牆肢承受了很大的樓層剪力，而其他小的牆肢承受的剪力很小，一旦地震特別是超烈度地震時，這類牆肢容易首先遭到破壞，而小的牆肢又無足夠配筋，承載能力很小，使整個結構可能形成各個擊破，致使房屋倒塌。
如何避免設計出矮牆
通常避免設計出矮牆的技術措施主要是：可在剪力牆中開豎向縫或開結構洞，宜採用跨高比大於6的弱連梁，使每個牆肢成為高寬比大於3的牆，以提高其延性。
