剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁的受力分析

趙鑫 張亮

摘要：通過(guò)對(duì)計(jì)算理論和不同跨高比連梁結(jié)構(gòu)模型的受力分析，找出更合理結(jié)構(gòu)形式，以更準(zhǔn)確的得出配筋結(jié)果。

關(guān)鍵詞：剪力墻；連梁；抗震

1.引言

現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)受力體系中，剪力墻結(jié)構(gòu)是抵抗地震作用、風(fēng)荷載等水平荷載最有效的一種結(jié)構(gòu)形式。其抗側(cè)剛度大、抗震性能好、裝修時(shí)不漏殼、尤其在汶川地震中的沒(méi)有倒塌的記錄，廣泛被應(yīng)用于各種高低層住宅類(lèi)建筑中。在早期剪力墻設(shè)計(jì)中，其考慮的重點(diǎn)怎么提高混凝土墻身材料強(qiáng)度及整體的抗側(cè)剛度，這直接導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的混凝土用量增多，結(jié)構(gòu)自重大。根據(jù)牛頓第二定律：

F=ma

地震來(lái)的時(shí)候，地震加速度a的一定的，質(zhì)量m越大，地震力F也就越大。因此在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷的探索過(guò)程中，研究的重點(diǎn)變成如何提高剪力墻的延性和耗能上來(lái)，使剪力墻結(jié)構(gòu)在大震來(lái)臨的時(shí)候，讓耗能構(gòu)件能夠吸收更多的能量，使其局部破壞，消耗地震能量，而保證整體結(jié)構(gòu)不被破壞。連梁就是一個(gè)很好的耗能構(gòu)件。

2.連梁耗能工作原理及受力特點(diǎn)

剪力墻在地震力和風(fēng)荷載等水平荷載作用時(shí)，混凝土墻除受豎向荷載外，還會(huì)受附加的彎矩、剪力和軸力，從而使墻體出現(xiàn)彎曲變形。由于建筑功能開(kāi)窗、開(kāi)門(mén)等的需要，剪力墻不可能是完整連續(xù)的，2片剪力墻之間需要用連梁或者框架梁來(lái)連接。由于連梁跨高比較小，對(duì)2片剪力墻有很大的約束作用，但在不同位置的剪力墻受到的地震力大小、變形是不一樣，就會(huì)使連梁產(chǎn)生比較大的變形。而剪力墻的剛度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連梁的剛度，那么使之相連的連梁就會(huì)受到因剪力墻變形而帶來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩端會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)角，此時(shí)在連梁兩端位置就產(chǎn)生了塑性鉸。塑性鉸的產(chǎn)生標(biāo)志著連梁進(jìn)入彈塑性受力階段，隨著水平力的不斷增加，塑性鉸隨之?dāng)U展，直至破壞為止。

在墻肢與連梁的相互作用下，連梁會(huì)產(chǎn)生較大的約束彎矩與剪力，約束彎矩與剪力在梁端方向相反?？蚣芰河捎诳绺弑容^大，即對(duì)2片墻的約束有限，通過(guò)構(gòu)造措施就可抵抗產(chǎn)生的附加彎矩、剪力和軸力。在剪力墻結(jié)構(gòu)的受力模型中，根據(jù)剛度分配原則，連梁所受豎向荷載很少，主要是以水平力為主，這也是為什么要求連梁上下皮鋼筋都通長(zhǎng)的原因。

3.實(shí)例

取大連普蘭店某剪力墻結(jié)構(gòu)民用住宅，地下1層，地上13層，層高為3.000m，建筑總高度40.90m。剪力墻墻厚200mm?？拐鹪O(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震等級(jí)為二級(jí)。對(duì)跨高比分別為2.75，2.5和2.25的連梁進(jìn)行計(jì)算，采用計(jì)算軟件為PKPM。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖一。

不同的跨高比連梁經(jīng)過(guò)計(jì)算后，得出的總信息如下

（1）周期比

由上表可以看出，不同跨高比的計(jì)算模型在周期上基本基本相同，隨著跨高比的減小，周期減小，說(shuō)明其剛度有所增加。相同振型下的扭轉(zhuǎn)系數(shù)基本相同。

（2）剛重比

由上表可以看出，當(dāng)連梁跨高比減小時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性增強(qiáng)。

（3）層間最大位移

由上表可以看出，當(dāng)連梁跨高比減小時(shí)，結(jié)構(gòu)的層間最大位移減小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的整體剛度增加。

（4）間位移角比

由上表可以看出，當(dāng)連梁跨高比減小時(shí)，層間位移角減小。

（4）結(jié)構(gòu)最大剪力比

由上表可以看出，當(dāng)連梁跨高比減小時(shí)，結(jié)構(gòu)的底部剪力最大，說(shuō)明他吸收的地震力大。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同跨高比的連梁計(jì)算后的結(jié)果對(duì)比分析得出：

（1）連梁的高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)整體周期的影響不大。

（2）連梁的跨高減小時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性增強(qiáng)，減小剪力墻連梁的跨高比，可以提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

（3）連梁的跨高減小時(shí)，增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度，減小結(jié)構(gòu)的最大位移。

（4）連梁的跨高減小時(shí)，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角也會(huì)隨之減小。

因此在相同條件下，小跨高比連梁的結(jié)構(gòu)在抵抗地震荷載時(shí)表現(xiàn)更好。