關(guān)于高層建筑剪力墻連梁設(shè)計的探討

李娜

摘要：在剪力墻結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)中，連梁即連接墻肢與墻肢，墻肢與框架柱的梁。它具有截面大、跨度小、與連梁相連的墻體剛度大等特點。所以高層建筑在水平力的作用下，連梁的內(nèi)力往往很大。同時由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮，會引起連梁兩端的豎向位移差，這也將在連梁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力，使連梁的設(shè)計難以符合要求。下文筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對高層建筑剪力墻連梁設(shè)計展開探討，希望可以給相關(guān)工程人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；連梁；設(shè)計

引言

與剪力墻相連的梁稱為連梁，連梁具有跨度小、截面大、與連梁相連的墻體剛度大的特點.尤其在一些抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，建筑在水平力作用下，連梁的內(nèi)力往往很大，超筋超限現(xiàn)象嚴(yán)重。如簡單采取加大連梁截面高度和配筋的方法解決問題，則設(shè)計很不經(jīng)濟，也不符合“強剪弱彎”的設(shè)計原則。為此筆者對連梁設(shè)計進行初步探討，提出幾點設(shè)計的方法和建議。

1.剪力墻連梁概念及具體形式

由于鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)及抗扭剛度大，地震作用下變形小、承載能力大，成為高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件。剪力墻由墻肢及連梁兩種構(gòu)件組成，連梁是連接墻肢與墻肢、墻肢與框架柱的梁。連梁與一般形式的普通梁有區(qū)別，它不僅是單純的受力構(gòu)件，它還能在墻與墻或墻與框架柱之間通過它的連接相互傳力，使兩個相離的構(gòu)件能整體工作。連梁的主要形式有兩種：一種是在剪力墻平面內(nèi)連接墻肢與墻肢，另一種是在剪力墻平面內(nèi)連接墻肢與框架柱。由于連梁要能將墻與墻或墻與框架柱之間連接起來相互傳力，使兩個相離的構(gòu)件整體工作，所以它必須具有一定的剛度才能具備這個能力。通過不斷試驗研究及總結(jié)，對跨高比小于5的連梁，在豎向荷載作用下的彎矩比例較小，水平荷載作用下產(chǎn)生的反彎使它對剪切變形十分敏感，容易出現(xiàn)剪切裂縫，當(dāng)連梁跨高比不小于5時，在豎向荷載作用下的彎矩所占比例大，此時梁的受力特點情況更接近于框架梁，換言之此時梁的表現(xiàn)形式雖為“連梁”，但由于其剛度不夠大，不足以起到傳力作用，所以對于跨高比不小于5的“連梁”按照框架梁計算及構(gòu)造設(shè)計。

2.連梁的工作機理及破壞形式

在風(fēng)荷載和地震荷載作用下，墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使連梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)。高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種，即脆性破壞（剪切破壞）和延性破壞（彎曲破壞）。連梁在發(fā)生脆性破壞時就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立梁。這會使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進一步增加P—Δ效應(yīng)（豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩），并最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌。連梁在發(fā)生延性破壞時，梁端會出現(xiàn)垂直裂縫，受拉區(qū)會出現(xiàn)微裂縫，在地震作用下會出現(xiàn)交叉裂縫，并形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)剛度降低，變形加大，從而吸收大量的地震能量，同時通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛度和強度。在這一過程中，連梁起到了一種耗能的作用，對減少墻肢內(nèi)力，延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復(fù)作用下，連梁的裂縫會不斷發(fā)展、加寬，直到混凝土受壓破壞。

3.關(guān)于連梁設(shè)計的建議

在墻肢和連梁的協(xié)同工作中，剪力墻應(yīng)該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)該處于彈性工作狀態(tài)，連梁不應(yīng)該產(chǎn)生塑性鉸。在地震作用下，結(jié)構(gòu)允許進入彈塑性狀態(tài)，連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范總則的要求，建筑物在遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用，當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，即我們經(jīng)常說的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。因此，剪力墻的設(shè)計應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞.也就是要求墻肢和連梁的設(shè)計符合強剪弱彎的原則，同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。因此在實際工程中要使連梁設(shè)計滿足強剪弱彎的原則可以考慮以下幾個方面：

3.1增加剪力墻厚度

亦即增加連梁的截面寬度，其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大，地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后，地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。

3.2合理控制連梁的跨高比

跨高比的大小決定連梁變形能力的大小，一般認(rèn)為當(dāng)連梁跨高比大于2時，連梁具有較好的變形能力。同時為保證連梁對墻肢的有效約束，連梁應(yīng)具備足夠的承載力。連梁截面高度也不宜小于400mm。當(dāng)連梁的跨高比小于2時，為改善連梁的延性，可采取沿梁長截面高度中間帶通縫的連梁，此方法可以增大跨高比，較大的降低連梁的剛度和強度，同時又不影響建筑功能的使用。

3.3剛度折減和減小高度

連梁由于跨高比小，而與之相連的墻肢剛度較大，在水平力作用下的內(nèi)力往往很大，因此在進行結(jié)構(gòu)整體計算時，為了使連梁能吸收較多的能量，保證連梁有較好的延性，又能起到有效傳遞彎矩和剪力的作用，需對連梁剛度進行折減?！陡咭?guī)》5.2.1條規(guī)定，連梁的剛度折減系數(shù)不宜小于0.5。剛度折減后，仍可能發(fā)生連梁受彎或受剪承載力不夠的情況.這時可以增加洞口的高度.以減少連梁剛度。減少了結(jié)構(gòu)的整體剛度，也就減少了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。

3.4連梁的塑性調(diào)幅

如果只是部分連梁超筋或超限，則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來解決，調(diào)整的幅度一般不宜大于20%。《高規(guī)》第7.2.26條第2款指出抗震設(shè)計的剪力墻中連梁彎矩及剪力可進行塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計值。由于連梁超筋超限往往集中于某幾層或某個區(qū)域，在考慮調(diào)整連梁內(nèi)力的時候應(yīng)適當(dāng)加強樓層其他部位的連梁和墻肢的內(nèi)力設(shè)計值，以達到平衡分擔(dān)地震力的目的。

3.5對個別連梁采用多道設(shè)防方法

對于連梁經(jīng)過各種調(diào)整后仍然超筋時，可以假定連梁大震下破壞，不能約束墻肢，這時可考慮剪力墻的第二道防線。《高規(guī)》第7.2.26條第3款指出當(dāng)連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時.可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計算所得的較大內(nèi)力進行配筋設(shè)計。這時情況會使墻肢的內(nèi)力加大，以保證其安全。

3.6配筋形式和構(gòu)造措施

連梁配筋一般采取上下對稱配筋，兩側(cè)的腰筋應(yīng)同墻體的水平筋。施工時，墻體水平筋在連梁范圍內(nèi)可連續(xù)以方便施工（由于水平筋在外，故要把它彎入連梁箍筋內(nèi)）。連梁所受剪力由箍筋與混凝土共同承擔(dān)，一般不設(shè)置彎起鋼筋或交叉鋼筋，而箍筋則由計算確定，連梁兩側(cè)的構(gòu)造鋼筋用拉筋聯(lián)系。拉筋直徑與墻體的同，豎直和水平方向每隔300～400mm拉一道。對于配箍率太高的連梁，條件允許時，可配置斜向抗剪鋼筋。由于規(guī)范規(guī)定的交叉暗撐的施工難度較大，工程界應(yīng)用不多，筆者認(rèn)為可退一步設(shè)置交叉斜向布筋或者布成菱形斜筋。

4.總結(jié)語

高層建筑剪力墻連梁的設(shè)計受很多因素的制約。連梁的內(nèi)力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關(guān)。因此在設(shè)計時，有很多問題需要注意，設(shè)計時要把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，才能取得比較理想的結(jié)果。

參考文獻：

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