肖超+李銀娟

摘 要：作為剪力墻結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)件，連梁對(duì)于改善結(jié)構(gòu)的承載力與抗震性能具有重要作用。本文首先分析了高層建筑剪力墻的連梁工作原理及水平荷載下的破壞形態(tài)，然后具體闡述了連梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期為相關(guān)設(shè)計(jì)與技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；連梁設(shè)計(jì)

連梁是指在剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架柱與墻肢、墻肢與墻肢間連接的梁。在剪力墻結(jié)構(gòu)中所使用的連梁通?？缍刃　⒏叨却?，部分建筑中的高跨比要在2.5以下。在高層建筑中由于非均勻性壓縮對(duì)連梁兩端墻肢的影響會(huì)造成連梁兩側(cè)產(chǎn)生不同的位移量，進(jìn)而導(dǎo)致連梁內(nèi)形成較強(qiáng)內(nèi)應(yīng)力，若未能采取有效措施降低此種影響，則很可能引發(fā)連梁承載力降低進(jìn)而造成連梁破壞。因此，加強(qiáng)有關(guān)高層建筑剪力墻連梁設(shè)計(jì)的分析，對(duì)于提高剪力墻的連梁承載性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高層建筑剪力墻的連梁工作原理及水平荷載下的破壞形態(tài)

1.1 剪力墻連梁工作原理

由于地震荷載與風(fēng)力荷載的共同作用，剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻肢會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形彎曲問題，在變形應(yīng)力的影響下連梁會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)角，進(jìn)而導(dǎo)致連梁內(nèi)內(nèi)形成較強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力。而同時(shí)由于連梁兩邊的軸力、剪力與彎矩作用又會(huì)使墻肢的變形與內(nèi)力影響不斷降低，進(jìn)而調(diào)整墻肢的受力狀況。

1.2 剪力墻連梁在水平荷載下的破壞形態(tài)

高層建筑中連梁的承載力、墻肢與連梁高度比、開洞范圍等都會(huì)影響聯(lián)肢墻在水平荷載作用下的破壞形態(tài)，通常有延性破壞與脆性破壞兩種。而延性破壞的主要類型有：

1.2.1 若連梁的抗剪承載力不足則在外界作用力下連梁會(huì)首先出現(xiàn)剪切破壞，進(jìn)而引起墻肢約束破壞構(gòu)造出獨(dú)立的墻肢。相比較連梁未破壞的墻肢，破壞后的墻肢軸力明顯降低，彎矩?cái)U(kuò)大，且側(cè)向剛度也大幅度減少。

1.2.2 當(dāng)連梁具有較高的承載力和剛度時(shí)，連梁的屈服程度將會(huì)大幅度降低，由于開洞剪力墻具有與整體懸臂墻相同的性能，因此只有在底層發(fā)生塑性鉸的狀況下連梁才會(huì)出現(xiàn)破壞。若能保證墻肢的抗剪承載力符合設(shè)計(jì)需求，墻肢就能盡量延長剪切破壞的發(fā)生期限，因此此種破壞也是具有延性效果的彎曲破壞。

1.2.3 當(dāng)連梁的抗彎承載力與剛度與墻肢相差甚大，且連梁的延性性能良好時(shí)，那么在連梁的兩端會(huì)首先出現(xiàn)塑性鉸，等到塑性鉸出現(xiàn)在墻肢底部時(shí)才會(huì)形成破壞機(jī)構(gòu)。在大量連梁兩邊塑性鉸形成的過程中地震能量會(huì)被大部分的吸收，且塑性鉸能夠?qū)澗嘏c剪力持續(xù)傳遞，使墻肢的約束彎矩形成過程中能夠保證剪力墻較高的承載力與剛度，且墻肢底部的塑性鉸也具備較高的延性，這使得孔洞剪力墻具有更高的延性性能。

2 高層建筑剪力墻的連梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在連梁與墻肢的共同配合下，剪力墻的剛度與強(qiáng)度要求也相對(duì)較高。通常結(jié)構(gòu)在風(fēng)力荷載與使用荷載的共同作用下應(yīng)當(dāng)保持一定的彈性工作狀態(tài)，且連梁應(yīng)避免出現(xiàn)塑性鉸。而在地震荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性狀態(tài)的周期較短，所以連梁可以出現(xiàn)塑性鉸。在實(shí)際的連梁設(shè)計(jì)中需要控制的要點(diǎn)有：

2.1 連梁的配筋設(shè)計(jì)

在連梁的配筋設(shè)計(jì)中，通常采用加大配筋量、控制箍筋與縱筋比率的方式來滿足抗震標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際的實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，此種方式不僅不能改善連梁的剪切脆性破壞過程，還會(huì)引起用鋼量的擴(kuò)大，不利于節(jié)省成本。所以應(yīng)當(dāng)考慮采用菱形配筋方法，此種配筋方法能夠解決原有斜交叉配筋方式的多種問題：在連梁的中點(diǎn)重合位置安置對(duì)角線鋼筋，由于此處的截面抗彎承載力失效，需要使用水平縱筋來避免截面上發(fā)生的彎矩；為避免對(duì)角線鋼筋的壓區(qū)，需要額外配備較多的箍筋；在斜交叉配筋中對(duì)角線的鋼筋坡度較緩，在改善抗剪性能的效果方面不明顯。

在進(jìn)行斜截面承載力計(jì)算時(shí)，為避免連梁出現(xiàn)較嚴(yán)重的剪切破壞，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)連梁的抗剪承載力，所以在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)通過強(qiáng)屈比來控制剪力的設(shè)計(jì)值。計(jì)算時(shí)要滿足：

Ky*V≤Vcs

其中Ky表示強(qiáng)屈比，即指連梁截面的極限破壞剪力與縱筋屈服時(shí)的剪力比，通常取1.10；V表示在連梁邊際截面所需的剪力設(shè)計(jì)值；Vcs表示連梁的抗剪承載力，其通常由主鋼筋斜向段、橫向鋼筋與鋼筋混凝土共同承擔(dān)的剪力值構(gòu)成。

2.2 連梁的截面設(shè)計(jì)

連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)的重要承力構(gòu)件，若出現(xiàn)了較大的平均剪應(yīng)力，則在箍筋未發(fā)生作用時(shí)連梁就已經(jīng)出現(xiàn)了剪切破壞。按照相關(guān)實(shí)踐研究計(jì)算發(fā)現(xiàn)，連梁的截面內(nèi)平均剪應(yīng)力大小會(huì)嚴(yán)重影響連梁的破壞性能，特別是在小高跨比因素影響下，所以應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)控制連梁的截面尺寸，從而調(diào)整截面處的平均剪應(yīng)力。連梁截面設(shè)計(jì)公式為：

Vb≤1/γRE（0.15βcfcbbhbo）

其中Vb表示連梁的剪力設(shè)計(jì)值；γRE表示構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)；βc表示混凝土的強(qiáng)度影響系數(shù)；fc表示混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；bb閉式連梁的截面寬度值；hbo表示連梁截面的有效高度。

在連梁的截面驗(yàn)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮斜截面受剪承載力與正截面的受彎承載力兩方面的內(nèi)容。斜截面受剪承載力是連梁截面計(jì)算的重點(diǎn)，尤其在剪力設(shè)計(jì)值計(jì)算時(shí)要通過控制增大受剪承載力來提高連梁的強(qiáng)剪抗彎性能；由于連梁通常采用對(duì)稱配筋方式，所以可以采用雙筋截面驗(yàn)算連梁截面，采用受拉鋼筋對(duì)受壓鋼筋取矩就能獲得相應(yīng)的受彎承載力。

2.3 使用開縫連梁方式

在連梁設(shè)計(jì)時(shí)，在其高度中央制成較長的水平縫，以此降低延性的彎曲破壞。此種方式能夠解決舊抗震連梁的許多問題。在小等級(jí)地震作用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于連系梁具有較強(qiáng)的剛度，采用此種連梁方式可以有效約束墻肢、保證剪力墻的抗側(cè)剛度滿足要求；在大等級(jí)地震中，混凝土鍵發(fā)生開裂而形成2個(gè)獨(dú)立受彎的構(gòu)件，剪切脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢有云茐?，同時(shí)利用混凝土的剪摩擦作用可以明顯分散地震能量，提升剪力墻的抗震性能。

2.4 減少連梁的彎矩

在進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)時(shí)通過減少連梁的彎矩能夠有效降低連梁的抗彎承載力，進(jìn)而使連梁的塑性鉸出現(xiàn)在早期，同時(shí)改善了連梁的平均剪應(yīng)力，提高其延性。減少連梁的彎矩可以通過以下兩種方式：一是采用彈性分析方式調(diào)整內(nèi)應(yīng)力，通過調(diào)整后的彎矩對(duì)連梁的配筋過程進(jìn)行控制。通常是調(diào)整降低中部彎矩中的較大部分，調(diào)幅比彈性計(jì)算降低應(yīng)不大于20%；二是在采用彈性內(nèi)力分析時(shí)，合理降低連梁的剛度。按照規(guī)程，在計(jì)算分析位移與內(nèi)應(yīng)力時(shí)，抗震設(shè)計(jì)的框架即剪力墻結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度可以及進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，其折減系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.5以上。

3 結(jié)語

連梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接關(guān)系著高層建筑剪力墻的抗震性能，因此，相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有關(guān)高層建筑剪力墻的連梁設(shè)計(jì)分析，總結(jié)連梁設(shè)計(jì)中的技術(shù)措施與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以逐步改善高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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