高層剪力墻連梁設計的幾點建議

章捷 邱東梅 雷潤亞

中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院 066004

高層剪力墻連梁設計的幾點建議

章捷 邱東梅 雷潤亞

中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院 066004

簡述了高層剪力墻連梁的工作和破壞機理，針對連梁的受力特點，按“強剪弱彎”原則提出幾點設計建議，可供結構設計人員參考。

剪力墻；連梁；塑性鉸；強剪弱彎；延性

引言

在剪力墻結構和框架-剪力墻結構中，連接墻肢與墻肢，墻肢與框架柱的梁稱為連梁。連梁一般具有跨度小、截面大，與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。一般在風荷載和地震荷載的作用下，連梁的內力往往很大。此外，高層建筑中，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，這也將在連梁內產生內力。在設計時，即使采取降低連梁內力的各種措施，如：增大剪力墻的洞口寬度，在連梁中部開水平縫，在計算內力和位移時對連梁剛度進行折減，對局部內力過大層的連梁進行調整等，仍難使連梁的設計符合要求?；谶@種情況，本文將提供連梁設計的幾個建議，以供結構設計人員參考。

1.連梁的工作和破壞機理

在風荷載和地震荷載作用下，墻肢產生彎曲變形，使連梁產生轉角，從而使連梁產生內力。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。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）。連梁在發生脆性破壞時就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立梁。這會使結構的側向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進一步增加P-Δ效應（豎向荷載由于水平位移而產生的附加彎矩），并最終可能導致結構的倒塌。連梁在發生延性破壞時，梁端會出現垂直裂縫，受拉區會出現微裂縫，在地震作用下會出現交叉裂縫，并形成塑性絞，結構剛度降低，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，對減少墻肢內力，延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復作用下，連梁的裂縫會不斷發展、加寬，直到混凝土受壓破壞。

2.設計建議

在墻肢和連梁的協同工作中，剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載和風荷載作用下，結構應該處于彈性工作狀態，連梁不應該產生塑性鉸，在地震作用下，結構允許進入彈塑性狀態，連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計規范總則的要求，建筑物在遭受低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，一般不損壞或不需修復仍可使用，當遭受高于本地區設防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。因此，剪力墻的設計應該保證不發生剪切破壞，也就是要求墻肢和連梁的設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。為實現以上目的，在連梁的設計中可考慮采取以下措施。

2.1 連梁剛度的折減

連梁由于跨高比小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內力往往很大，連梁屈服時表現為梁端出現裂縫，剛度減弱，內力重分布。因此，在開始進行結構整體計算時，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許連梁適當開裂（降低剛度）而把內力轉移到墻肢上。一般情況，設防烈度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7），設防烈度高時可多折減一些（8、9度時可取0.5），但折減系數不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。值得注意的是，對剪力墻中某些連梁，如果跨高比較大（如大于5）、豎向（重力）作用效應比水平作用效應（風荷載或地震作用）更為明顯，此時應慎重考慮連梁剛度的折減問題，必要時可不進行剛度折減，以控制正常使用階段梁裂縫的發生和發展。

2.2 增大連梁的跨高比

在連梁設計中，剛度折減后，仍可能發生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況，這時可以增大墻體洞口的寬度（增大連梁跨度）或減小連梁的截面高度，以減少連梁剛度，從而減小了結構的整體剛度，也就減小了地震作用的影響，避免連梁配筋超限。如果還有少部分連梁超筋，則可采取調整連梁內力來解決，但調整的幅度不宜大于20%，且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。

2.3 增大剪力墻厚度

即增加連梁的截面寬度，其結果一方面由于結構整體剛度加大，地震作用產生的內力增加，另一方面連梁的受剪承載力與其寬度的增加成正比，由于該片墻厚增加以后，地震所產生的內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。

2.4 提高混凝土等級

混凝土等級提高后，連梁承受的地震作用效應增加的比例遠小于混凝土受剪承載力提高的比例 ,有可能使連梁的受剪承載力不超限。

剪力墻連梁在進行了上述調整后，仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定梁端剪力，然后按“強剪弱彎”的要求，配置相應的縱向鋼筋。此時，如果不能保證連梁在大震時的延性要求，應重新調整結構布置進行整體計算，使連梁的承載力滿足要求。

以上各種措施中，在能滿足整體剛度的情況下，可先采用剛度折減，如仍超限可采用其余各種措施。

3.結語

高層建筑剪力墻連梁的設計受很多因素的制約，連梁的內力和剪力墻的多少、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。因此在設計時，問題是比較復雜的，設計時要把互相制約的因素統一協調考慮，以取得比較理想的結果。

[1] 國家標準.混凝土結構設計規范.GB 50010-2002.北京:中國建筑工業出版社.2002

[2] 國家標準.建筑抗震設計規范.GB 50011-2010.北京:中國建筑工業出版社.2010

[3] 行業標準.高層建筑混凝土結構技術規程.JGJ 3-2002.北京:中國建筑工業出版社.2002

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.061