高層建筑剪力墻的連梁設(shè)計(jì)探究

才 紅寧 堯

(1長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130122)

(2長(zhǎng)春新星宇建筑安裝有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

高層建筑剪力墻的連梁設(shè)計(jì)探究

才 紅1寧 堯2

(1長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130122)

(2長(zhǎng)春新星宇建筑安裝有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到高層建筑工程中，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)尤其要做好連梁結(jié)構(gòu)研究，保證其可以發(fā)揮出基礎(chǔ)功能，降低外界因素對(duì)工程建設(shè)的影響。本文結(jié)合高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其設(shè)計(jì)優(yōu)化措施進(jìn)行了分析。

高層建筑；剪力墻；連梁設(shè)計(jì)

連梁為剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要部分，具有梁截面大、跨度小的有點(diǎn)，對(duì)提高建筑工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性具有重要意義。另外，連梁結(jié)構(gòu)受建筑工程風(fēng)荷載、地震荷載以及水平作用力等因素的影響下，會(huì)產(chǎn)生比較大的內(nèi)力，出現(xiàn)不均勻壓縮的問題，導(dǎo)致連梁結(jié)構(gòu)兩端出現(xiàn)不同程度的豎向位移，對(duì)工程結(jié)構(gòu)整體效果造成影響。因此必須要結(jié)合連梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，從不同角度對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，并選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化。

一、剪力墻連梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)主要分為墻肢與連梁兩個(gè)部分，其中連梁主要作用是連接墻肢與墻肢，但是其除了作為一個(gè)受力作用構(gòu)件存在外，還可以通過結(jié)構(gòu)連接的形式來實(shí)現(xiàn)墻與墻之間的相互傳力，達(dá)到相離墻體結(jié)構(gòu)之間整體工作的目的。連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)的重要組成部分，常用的種類有兩種，即連接相離墻肢（剪力墻結(jié)構(gòu)）和連接框架與墻肢（框剪結(jié)構(gòu)），一般在實(shí)際施工中需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實(shí)際情況來選擇相應(yīng)的方式。在對(duì)連梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見的影響因素進(jìn)行分析，尤其是要確保其可以達(dá)到專業(yè)要求的剛度，以免剛度不夠影響基礎(chǔ)功能的發(fā)揮效果。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)角度進(jìn)行分析，當(dāng)跨高比設(shè)計(jì)小于5時(shí)，很容易出現(xiàn)剪切裂縫損壞的問題，而跨高比大于等于5時(shí)，又會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度造成影響，影響傳力效果[1]?；诖藶榇_保連梁結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到剛度需求，就需要根據(jù)框架梁來進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析。

二、高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理分析

高層建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)施工受水平耦合作用影響，將會(huì)產(chǎn)生兩種破壞模式，即脆性破壞與延性破壞。第一，脆性破壞。又可以根據(jù)發(fā)生的位置不同而分為不同的形式，如發(fā)生在墻肢部位，主要是因?yàn)閴χY(jié)構(gòu)抗剪能力較低而發(fā)生剪切破壞，造成快速抗剪承載力損失，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)崩潰。另一種則是連梁剪切破壞，使得連梁結(jié)構(gòu)喪失對(duì)聯(lián)肢剪力墻各墻肢的約束作用，尤其是沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞問題后，會(huì)使得聯(lián)肢剪力墻各墻肢成為單片獨(dú)立墻結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度造成很大的影響，使得墻肢彎矩加大?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)連梁端部剪力設(shè)計(jì)值的調(diào)整系數(shù)，也是為了防止連梁早于彎曲破壞發(fā)生剪切破壞。在連梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剪切破壞問題后，短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)造成結(jié)構(gòu)喪失承載能力，因此一般情況下如果墻肢破壞前，只要連梁結(jié)構(gòu)未承擔(dān)過大的豎向荷載，基本上不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌問題。

第二，延性破壞?？梢苑譃檫B梁先屈服墻肢后屈服，以及連梁不屈服墻肢首先發(fā)生彎曲破壞兩種情況。此種情況極限變形損傷比較小，基于建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需求，即便是發(fā)生延性破壞問題，最終所具有的吸收地震能量的能力比較低，因此需要盡力避免此類問題的發(fā)生。如果連梁結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，則其可以通過塑性鉸的變形來吸收大量的地震能量。另外還可以通過塑性鉸來傳遞剪力與彎矩，提高對(duì)墻肢結(jié)構(gòu)的約束作用，提高聯(lián)肢剪力墻的強(qiáng)度與剛度。

三、高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1.連梁內(nèi)力分析

通過對(duì)塑性調(diào)服的設(shè)計(jì)可以改變結(jié)構(gòu)的剪力值，進(jìn)而可以適當(dāng)?shù)膶?duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整。一般在選擇進(jìn)行塑性調(diào)幅處理時(shí)，可以從兩個(gè)方面來進(jìn)行，一方面為計(jì)算出內(nèi)力值后，把連梁彎矩以及剪切力組合值與折減系數(shù)相乘；另一方面則是在折減連梁剛度之前完成內(nèi)力值的計(jì)算。兩種方法的應(yīng)用需要從實(shí)際需求出發(fā)，無論是選擇用哪種均可以降低連梁內(nèi)里，并且在一定程度上減少配筋量。但是就實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，如果在結(jié)構(gòu)計(jì)算是已經(jīng)完成剛度折減處理，將會(huì)對(duì)折減調(diào)幅范圍造成限制，影響設(shè)計(jì)效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，無論是選擇用哪種方案，均要確保連梁調(diào)幅后數(shù)值要大于正常使用值，并且要做好對(duì)地震設(shè)防數(shù)據(jù)的分析，保證連梁結(jié)構(gòu)在受到地震作用影響后，建筑不會(huì)出現(xiàn)裂縫，以降低工程結(jié)構(gòu)的安全威脅。

2.連梁剛度分析

對(duì)于高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)來說，一般均具有比較高的內(nèi)力，可以結(jié)合此特點(diǎn)來選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。連梁跨度比較小，并且與其相連的墻肢剛度非常大，這樣連梁在屈服時(shí)就會(huì)導(dǎo)致梁端部位出現(xiàn)裂縫，降低了結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)也會(huì)使得連梁內(nèi)力被重新分配。從結(jié)構(gòu)剛度角度進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)時(shí)可以依據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行折減處理，但是必須要將折減系數(shù)控制在0.55以上。一般情況可以在0.55～1范圍內(nèi)取值，確?？梢酝耆珴M足工程建設(shè)需求[2]。

另外，高層建筑工程上部結(jié)構(gòu)受風(fēng)力荷載作用力影響也比較大，基于此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)奶岣呓Y(jié)構(gòu)剛度以及承載力，來增大工程整體剛度，同時(shí)也可以減少鋼筋用量。同時(shí)還需要采取措施來做好抗震設(shè)計(jì)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地形以及氣候環(huán)境等，控制好連梁結(jié)構(gòu)的尺寸，避免尺寸過大造成剪力作用增大，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.連梁延性設(shè)計(jì)

通過對(duì)連梁結(jié)構(gòu)延性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，降低地震作用對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的影響。在針對(duì)延性內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，要保證連梁所受內(nèi)力在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，并且還要提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置的合理性。常用的優(yōu)化方式為使用交叉斜筋，施工時(shí)將其設(shè)置到連梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，爭(zhēng)取提高結(jié)構(gòu)延性性能。連梁設(shè)計(jì)中，剛度折減后，仍可能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜面受剪承載力不夠的情況，這時(shí)可以增加洞口寬度，以減少連梁剛度[3]。

4.主梁結(jié)構(gòu)支座設(shè)計(jì)

在對(duì)連梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是對(duì)于部分建筑工程為追求特殊功能，而利用連梁作為主梁支座。針對(duì)此種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要采取合適的措施對(duì)其進(jìn)行加固處理，確保結(jié)構(gòu)不會(huì)受外界因素影響而發(fā)生損壞。如提高結(jié)構(gòu)配筋率、抗彎計(jì)算優(yōu)化以及加設(shè)傾斜方向構(gòu)造鋼筋等，也可以針對(duì)實(shí)際情況來適當(dāng)增加與連梁相接墻肢的鋼筋數(shù)量，盡最大程度上來削減外部因素對(duì)連梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與堅(jiān)固性造成的影響。

5.連梁截面高度設(shè)計(jì)

如果遇到連梁剪應(yīng)力大于限制值情況是，只需要按照要求來設(shè)計(jì)截面高度即可，但應(yīng)避免截面高度過大而造成剪應(yīng)力增大，影響建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果適當(dāng)?shù)慕档瓦B梁截面高度，會(huì)使得連梁剛度降低，確?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)承載力控制在限制值范圍內(nèi)，削減地震作用對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的不良影響。尤其是要注意門窗部位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，經(jīng)常會(huì)存在連梁超筋問題，即可以通過調(diào)整截面高度的方法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)置效果進(jìn)行優(yōu)化。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)整幅度不宜大于20%，且連梁必須滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求[4]。其中，必須要保證連梁截面高度的適宜度，避免連梁高度過小，所能夠削弱的地震作用能力較小，并不能有效減弱對(duì)墻肢結(jié)構(gòu)造成的損壞。

結(jié)束語(yǔ)：

連梁為建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)重要組成部分，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要從多個(gè)角度進(jìn)行分析，結(jié)合其所具有的特點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)遇到的問題，確定各類質(zhì)量病害發(fā)生的原因，并基于此來選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化，不斷提高工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。

[1]范小平.高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)的探討[J].低溫建筑技術(shù),2012,11:72-73.

[2]熊俊華.高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)的探討[J].江西化工,2010,18:59-60.

[3]張東輝.關(guān)于高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)的探討[J].科技促進(jìn)發(fā)展,2010,03:229+232.

[4]張?jiān)旅?劉洪萍.淺析剪力墻連梁在高層建筑中的設(shè)計(jì)方法[J].民營(yíng)科技,2010,32:47-49.

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1007-6344（2015）10-0119-01