高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)探析

司友深

河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 河南鄭州 450000

摘要：剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中常見的結(jié)構(gòu)形式，剪力墻連梁是連接梁和剪力墻的重要結(jié)構(gòu)，具有梁截面比大，跨度比小等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中起著重要的作用，本文正是對高層建筑剪力墻中的連梁設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；連梁設(shè)計(jì)

1、高層建筑剪力墻中連梁的工作和破壞機(jī)理

眾所周知，鋼筋混凝土的破壞形式可分成兩種：脆性破壞和延性破壞。此外，高層建筑聯(lián)肢墻在水平力和風(fēng)荷載作用下的破壞形式同樣可以分成兩種：脆性破壞和延性破壞，這里的脆性破壞也可以稱作剪切破壞，而延性破壞就稱為彎曲破壞。

在高層建筑剪力墻中聯(lián)肢墻的脆性破壞也可以分為兩種，一種破壞是發(fā)生在墻肢，另外一種則是連梁先屈服，然后就是墻肢的屈服。墻肢破壞中，墻肢之所以發(fā)生脆性破壞主要是因?yàn)槠淇辜裟芰Σ蛔阍斐傻?，由于其抗剪能力比較小，其剪力墻就失去了承載力，因此就造成了墻肢發(fā)生脆性破壞。這種形式的破壞，在高層建筑剪力墻中的連梁設(shè)計(jì)中是可以避免的。脆性破壞的另外一種形式就是連梁的脆性破壞，連梁一旦發(fā)生脆性破壞就會使聯(lián)肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。此外，為了防止高層建筑的墻肢在發(fā)生彎曲破壞之前就發(fā)生脆性破壞，在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）就明確的規(guī)定了抗震等級為一、二級時(shí)抗震墻底部加強(qiáng)部位剪力設(shè)計(jì)值和抗震墻截面的剪壓比限值放大系數(shù)

在高層建筑剪力墻中連梁的延性破壞也可以分為兩種情況，一種破壞形式是連梁不發(fā)生屈服現(xiàn)象。墻肢發(fā)生的是彎曲破壞，其剪力墻在破壞形式下其產(chǎn)生的極限變形是比較小的，所以，對于那些有抗震設(shè)防要求的高層建筑來說，它雖然是一種延性破壞，但是吸收地震能量的能力還是比較低，在其連梁的設(shè)計(jì)中是可以避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外一種破壞形式則是連梁先屈服，然后就是墻肢的屈服。在這個(gè)破壞形式中受拉區(qū)則會出現(xiàn)比較細(xì)小的裂縫，且梁端也會出現(xiàn)一些垂直裂縫，此外，在地震作用下還會出現(xiàn)一些交叉裂縫，并且形成塑性鉸，此時(shí)結(jié)構(gòu)的變形就會變大，剛度就會下降，使得大量的地震能量都被吸收，此外，剪力和彎矩的傳遞還能繼續(xù)通過塑性鉸進(jìn)行，使得剪力墻的剛度和強(qiáng)度能保持足夠大，在這個(gè)破壞過程中，連梁的主要作用是耗能、延緩墻肢屈服使墻肢內(nèi)力不斷減少，但是一般在反復(fù)作用下，其高層建筑剪力墻中的連梁裂縫就會不斷的變寬、增多，一直持續(xù)到混凝土出現(xiàn)受壓破壞。

2、關(guān)于連梁設(shè)計(jì)的相關(guān)建議

在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁和墻肢是協(xié)調(diào)工作的，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，剪力墻的強(qiáng)度和剛度是要滿足相關(guān)要求的。一般在風(fēng)荷載和正常使用荷載的作用下，該結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是彈性狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，連梁是不會產(chǎn)生塑性鉸的。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的要求，高層建筑在遇到比當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度還低的多遇地震影響時(shí)，其一般是不會產(chǎn)生破壞的，即便是產(chǎn)生的損壞也是不需要修復(fù)，仍然可以繼續(xù)使用。當(dāng)遇到比當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度高的罕遇地震時(shí)，其產(chǎn)生的破壞比較嚴(yán)重，可能就會危及到生命安全。所以，在對高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，其連梁和墻肢的設(shè)計(jì)要滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求，這主要是保證剪力墻不會發(fā)生延性破壞，此外，在設(shè)計(jì)中連梁和墻肢必須要有較好的延性，同時(shí)還需要保證墻肢的屈服比連梁的屈服要晚。所以，實(shí)際的高層建筑剪力墻中的連梁設(shè)計(jì)時(shí)一般都需要下列幾個(gè)因素考慮其中：

1）折減連梁的剛度。高層建筑中的連梁由于其自身特點(diǎn)，其在水平力的作用下產(chǎn)生的內(nèi)力是比較大的，連梁發(fā)生屈服時(shí)，其剛度就會逐漸變小，內(nèi)力也會出現(xiàn)重分布現(xiàn)象，連梁的兩端也會出現(xiàn)一些裂縫。所以，在對高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)就需要將結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算出來，對連梁的剛度進(jìn)行折減。在實(shí)際高層建筑中連梁的設(shè)計(jì)一般取值是在0.55到1之間，這主要是為了符合截面設(shè)計(jì)的要求。對于那些以風(fēng)荷載為主要控制因素的高層建筑，其折減系數(shù)就應(yīng)該取較大點(diǎn)的數(shù)值，此外，在對豎向荷載內(nèi)力計(jì)算時(shí)不需要再將其剛度折減考慮進(jìn)去，因?yàn)樵谟?jì)算時(shí)已經(jīng)將連梁的調(diào)幅考慮進(jìn)去了。

2）減小連梁高度，增大連梁跨度。在高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)中，在對其剛度進(jìn)行折減之后，其連梁的斜截面受剪承載力或正截面受彎承載力不足的現(xiàn)象仍然可能會發(fā)生，在此時(shí)為了減少連梁的剛度可以采取洞口寬度增加的方式。連梁的整體剛度減小，不僅僅可以使連梁的承載力滿足要求，而且還可以大大的建少地震作用產(chǎn)生的影響。如果高層建筑中只是少部分的連梁超限或者超筋，那么就可以采用連梁內(nèi)力調(diào)整方式進(jìn)行調(diào)整，但是其調(diào)整的幅度不能超過20%。此外，連梁需要滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。

3）增加剪力墻厚度。由于增大結(jié)構(gòu)整體剛度，其結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力也會不斷增加，此外，連梁的受剪承載力和寬度的增加成正比，這就需要增加連梁的截面寬度。由于增加剪力墻厚度，其地震所產(chǎn)生的內(nèi)力就不會按剪力墻增加的比例來分給該區(qū)域的剪力墻。

4）混凝土等級的提高。在提高混凝土等級之后，其混凝土的承載力會不斷的提高，其提高的比例比起結(jié)構(gòu)地震作用影響增加的比例還要大，這樣就會使連梁的承載力滿足要求。

5）提高延展性能。根據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生地震時(shí)，連梁延展性是保護(hù)建筑物不受地震破壞的主要結(jié)構(gòu)，由此可見，提高連梁的延展性能是十分重要的。此外，在對連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮連梁所承受的內(nèi)力不僅僅需要在規(guī)定的范圍之內(nèi)，而且還要滿足其建筑結(jié)構(gòu)合理構(gòu)造，連梁延展性提高的最有效的措施就是使用交叉斜筋。為了在一定程度上保證連梁的延展性，就需要將交叉斜筋配置在連梁內(nèi)部。

6）調(diào)整連梁截面高度。當(dāng)高層建筑連梁剪應(yīng)力比設(shè)定的限制值比較高的時(shí)，此時(shí)是不能增加截面高度，主要是因?yàn)樵黾咏孛娓叨龋浼魬?yīng)力就會隨之增大，其建筑的穩(wěn)定性就會變差。在截面經(jīng)調(diào)整之后其高度變小之后，此時(shí)連梁的剛度也會隨之下降，就能保證承載力不高過限制值，其地震作用產(chǎn)生的不利后果就能得到控制。增加過梁，降低連梁高度這是一種比較實(shí)用的方法，這種方法使得過梁的兩端嵌在剪力墻中，能與剪力墻同時(shí)澆筑，大大方便了工程是施工。此外，還需要用砌塊將剪力墻與連梁之間的空隙填補(bǔ)好。在采用這種方法時(shí)連梁的高度設(shè)置要合理，不過過大，也不能過小。連梁高度過大，建筑物的穩(wěn)定性就會下降；連梁高度過小，就不能將過多的能量給消耗掉，墻肢的損害程度也不能降低。

3、結(jié)束語

綜上可知，在上述所有措施中，在結(jié)構(gòu)整體剛度滿足的條件下，剛度折減措施可以優(yōu)先采用，如果采用剛度折減措施其仍然出現(xiàn)超限的現(xiàn)象，此時(shí)再考慮其它的處理措施。由此可見，在進(jìn)行高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，充分了解和掌握其工作和破壞機(jī)理后，再對其進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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