剪力墙配型钢，好吗？

设计单位在设计期间到我审图单位咨询，是正常的工作流程，没有什么特别的，主要问题是有的问题和2014年11月，在广州召开的第二十三届全国高层建筑结构学术交流会上，针对《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中关于钢筋混凝土受拉构件配置型钢的规定，两位勘察设计大师方小丹和肖从真讨论的问题有关，有的基本相同。主要是对剪力墙拉应力超过ftk以后配置型钢有不同的看法，我佩服两位大师对建筑科学精益求精的精神。设计方咨询的主要问题如下：

审查要点：第十二条(四) 确定所需的延性构造等级。中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高层混凝土结构规程》中规定的特一级构造。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力，且平均名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值(可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用)，全截面型钢和钢板的含钢率超过2.5%时可按比例适当放松。

    一 咨询的第一个问题“以控制200MPa的型钢拉应力作为考察混凝土裂缝宽度的指标（200MPa拉应力对应0.3mm裂缝的结论，本身就具有非常大的偏差）”。在200MPa的型钢拉应力作用下，裂缝宽度到底是多少？

    还有一种情况是在受压的情况下钢筋混凝土构件拉裂，对这种情况解释，就是混凝土构件在持续加压荷载过程中突然卸载，则混凝土只能恢复其全部压缩变形中的弹性变形部分，其徐变和塑性变形大部分不能恢复，而钢筋将能恢复其全部压缩变形，这就引起二者之间变形的差异。当构件中纵向钢筋的配筋率越高，混凝土的徐变和塑性越大时，二者变形差越大。此时由于钢筋的弹性恢复的变形超过混凝土的弹性变形以后，钢筋的弹性持续恢复，而混凝土就会被钢筋的弹性恢复拉裂。

    这个是有实际例子的：我在天津大学期间，老师讲，天津市某建筑在竣工后，将以前在地下室顶板上堆放的水泥拉走后，地下室的柱子出现裂缝，业主找到天津大学的老师请教，老师现场对柱子进行观察和研究后，得出的结论是:当柱子的轴压比、配筋率比较大时，卸载到轴压比比较小的时候，由于钢筋的弹性变形可以完全恢复而混凝土的塑性变形不能恢复，只能恢复弹性变形部分，钢筋和混凝土恢复大小不同，其大小的差别就是混凝土的裂缝大小。

    试计算如下：

    （1）当轴压比达到0.90时，

按照C35混凝土fc=16.7、αE=Es/ Ec=6.35 ,Es=2x10⁵, Ec=3.15x10⁴、ρ’=1.5%、混凝土的弹性系数ν= εe/ εc=0.40、εe-弹性变形，εc-弹性变形+塑性变形，不考虑混凝土的徐变。

    二  咨询的第二个问题：由于小偏心受拉和轴心受拉的混凝土构件的破坏特征相似，都是混凝土率先全部开裂。编制组认为此时承受拉剪复合作用的剪力墙破坏形式缺乏试验数据，更倾向于抗剪破坏沿水平通缝发生（平行于水平钢筋方向，类似于一级剪力墙沿水平施工缝抗剪验算时，不考虑水平分布筋的作用），而非沿45°斜截面，规范的斜截面抗剪承载力计算公式已不适用。所以“技术要点”第十二条（四）规定的初衷都是控制受拉构件裂缝开展（避免出现贯通裂缝），保证构件在中大震拉剪、压剪往复作用下具有足够的承载能力。而控制水平裂缝开展的措施，即前面说的将钢筋拉应力控制在约200MPa。具体规定就是将小偏心受拉构件的构造措施提高，增加纵筋，减小裂缝。如果名义拉应力超过ftk，构件边缘的实际拉应力肯定比ftk更大，偏安全考虑直接增设型钢承担拉力。

    有人认为：只要裂缝宽度较小，剪力作用下的破坏方式，绝大部分依然是沿45°斜截面，仍然可以有较大的斜截面受剪承载力。到底哪个说法更符合实际？

    1地震时，见下图单向地震受力图：只有在中和轴附近的墙体拉应力或者压应力相对比较小，才有可能墙肢裂缝宽度较小。考虑双向地震后，也只有核心筒中间小部分的拉应力或者压应力比较小。才有可能墙肢裂缝宽度较小。所以剪力墙墙肢裂缝宽度较小不是主流，一小部分剪力墙的受力情况用到整个剪力墙的计算中是不安全的。（即使是核心筒的中间小部分，当压应力大于0.8fc或者拉应力大于0.8ft，就有可能已经形成了相互贯通并和压力或者拉力方向平行的明显破坏裂缝）

8.16/2..85=2.86f_tk  当混凝土的拉应力大于2.86f_tk时，时就不考虑混凝土对抗剪的贡献。如上所说：地震时在往复作用下，经过轴压比0.835的压应力，然后卸载到零应力，在到拉应力钢筋为200Mpa，这时钢筋的拉应力相对的正好是混凝土的拉应力是2f_tk（见咨询问题一计算）_，那么钢筋从压应力200Mpa卸载到零应力对混凝土的拉应力也应该是2f_tk，两者相加就是4f_tk，大于2.86f_tk，是不用考虑混凝土对抗剪的贡献。即公式      V≤1/γ_RE[ (0.4f_tb_wh_w0-0.1NA_W/A) /(λ-0.5)]+0.8f_yhA_shh_w0/s]  改写为V≤1/γ_RE0.8f_yhA_shh_w0/s，通过公式计算也只是核心筒中间受力比较小的部分剪力墙需要考虑混凝土对抗剪的贡献，其他大部分剪力墙是不考虑混凝土对抗剪的贡献的。

    三  咨询的第三个问题：通过增大配筋，使混凝土受拉裂缝宽度和构件抗剪承载力满足规范要求，即使名义拉应力超过ftk，也可以不配置型钢。                                                                            我们通过一个例子300x1500的剪力墙，按照3%配筋率需要的钢筋面积As=300x1500x3/100=13500mm²,如果按剪力墙两侧各配钢筋φ25@109。

    1延性比较：参考梁的受力延性概念，受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到极限压应变同时发生，称为界限破坏，此时的配筋率为界限配筋率，最小配筋率至界限配筋率为适配率的下半区，界限配筋率至最大配筋率为适配率的上半区，由试验可知，下半区的延性要比上半区好，所以按3%的配筋率属于上半区的延性是比较差的，对于混凝土剪力墙，3%配筋率远大于最小配筋率0.25%，所以3%配筋率的混凝土剪力墙的延性是比较差的，如果换成型钢混凝土墙会改善墙体的延性。

    2钢筋混凝土剪力墙端部暗柱钢筋屈服后，除产生剪切滑移破坏，还可能产生平面外错断破坏，承载力很快降低，延性未得到充分发挥。如果设置型钢暗柱，且型钢暗柱强轴与墙面垂直，可以提高剪力墙平面外刚度，改善剪力墙平面外性能，防止平面外错断破坏，提高剪力墙的延性。

3考虑边缘构件，剪力墙无论大小偏心，都需要计算和设置边缘构件，最大受力位置在边缘构件位置，设置边缘构件，增大墙肢边缘混凝土的极限压应变，增大截面的塑性变形能力。本例本来钢筋就很密，边缘构件的暗柱也布置不了更多的钢筋。大部分钢筋在中间位置，对剪力墙的受力不是很合理。

    由以上可知，个人认为配置型钢比按同样配筋率配置钢筋，受力合理，延性更好。

    四  咨询的第四个问题：实际应力的不均匀分布的实际情况，和裂缝实际开展情况究竟是什么情况？

    这个问题通过第一个第二个咨询的解答已经说的差不多了。在核心筒外围的墙体在受拉阶段，经过大于0.865轴压比的压应力，卸载然后到零应力，混凝土已经不能承担拉应力，只是钢筋受力，然后到拉应力在混凝土的ftk~2ftk之间时候，对于混凝土已经没有实际应力的不均匀分布实际情况。只是在核心筒的中心部位有应力不均匀分布的情况，只是小部分。