关于“抗剪承载力”和“薄弱层”的思考

关于层抗剪承载力的计算  

　　层抗剪承载能力原则上应是层所有抗侧力构件(柱、剪力墙、斜撑)抗剪承载力的合理组合。一般采用在水平地震作用方向上所有抗侧力构件的最大抗剪承载力总和，其中柱的抗剪承载力根据两端实配的受弯承载力按两端同时屈服的假定失效模式反算;剪力墙的抗剪承载力根据实配钢筋按抗剪设计公式反算;斜撑的抗剪承载力考虑轴力贡献(并考虑压屈的影响)。这一方法忽略了柱、剪力墙和斜撑变形能力和延性的差异，当剪力墙抗剪破坏或斜撑压屈时，柱离两端屈服还相差很远，柱的上下端也不一定均出现屈服。因此层抗剪承载力计算不应取该层不同抗侧力构件抗剪承载力最大值的总和，其结果将使层抗剪承载力的计算值比实际偏高，而偏于不安全，应根据其变形特点和实际受力状况进行合理的组合。对于框剪和框筒结构，当剪力墙为主要抗侧承载力构件时，其破坏对整个结构来讲是非常危险的，层抗剪承载力应以剪力墙屈服抗剪承载力为控制条件去计算求得，公式表示如下:V_iy = V_isy + V_if。式中:Viy为i层的抗剪承载力;Visy为i层剪力墙屈服抗剪承载力;Vif为i层剪力墙在抗剪屈服时，框架柱在变形协调条件下所产生的剪力。

关于薄弱层的计算

　　美国奥利弗医院首层结构在1971年圣费南多地震中的倒塌、我国天津第二毛纺厂结构2层在唐山大地震中的严重破坏之后经2层加固后在余震中首层倒塌、日本神户地震一些高层建筑中部楼层倒塌均是明显的例证。这些薄弱层的倒塌呈现剪切破坏或柱两端屈服对应的抗剪承载力不足。震害表明，薄弱层的位置与外因地震作用有关，薄弱层的含义实际上是“层抗剪薄弱层”。

　　建议采用下式判别中、大震下结构薄弱层的位置:ξ_i=V_iy/V_ie。式中:V_iy为i层的抗剪承载力;V_ie为中震或大震下i层按弹性计算的层剪力;ξ_i为i层的抗剪裕度指数。当ξ_i＞1时，i楼层不会出现抗剪屈服;当ξ_i＜1时，i楼层可能出现抗剪屈服。其中当i楼层的ξi为最小值时，且与其他楼层相比偏小较多时为大震中可能出现抗剪破坏的薄弱层，实际应用时可选择最小的1～3个ξ_i值，且相互距离较近的楼层，判别为结构的抗剪薄弱层，在设计时应采取抗震加强措施防止出现地震中的倒塌。

由此可见，地震作用是外因，层抗剪承载力是内因，外因通过内因起作用，出现了薄弱层在地震下的倒塌。可以判断，图1、2中地震破坏案例，破坏楼层处的ξ_i小于1，且是各楼层中的最小值。现行方法通过判断i层抗剪承载力小于相邻上层抗剪承载力的一定比例时为薄弱层是不完备的，因为比相邻层小，并不代表沿结构全高为最小，还要看该层ξ_i值在结构全部楼层中是否最小值，才能判断出抗剪薄弱层的位置，因此仅加强抗剪承载力相对较小的下一楼层的抗剪能力有时可能是无效的。仅加强较上1层抗剪承载力偏小的下层的抗剪能力有时可能是无效的。

图1　奥利弗医院首层结构部分倒塌照片

图2　日本神户地震中间楼层整层倒塌照片

文章摘自：魏琏, 王森. 中国建筑结构抗震设计方法发展及若干问题分析[J]. 建筑结构, 2017(1):1-9.