才 紅寧 堯

(1長春工業(yè)大學人文信息學院，吉林 長春 130122)

(2長春新星宇建筑安裝有限責任公司，吉林 長春 130062)

高層建筑剪力墻的連梁設計探究

才 紅1寧 堯2

(1長春工業(yè)大學人文信息學院，吉林 長春 130122)

(2長春新星宇建筑安裝有限責任公司，吉林 長春 130062)

剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應用到高層建筑工程中，在對其進行設計時尤其要做好連梁結(jié)構(gòu)研究，保證其可以發(fā)揮出基礎功能，降低外界因素對工程建設的影響。本文結(jié)合高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)特點，對其設計優(yōu)化措施進行了分析。

高層建筑；剪力墻；連梁設計

連梁為剪力墻結(jié)構(gòu)設計中重要部分，具有梁截面大、跨度小的有點，對提高建筑工程結(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)受建筑工程風荷載、地震荷載以及水平作用力等因素的影響下，會產(chǎn)生比較大的內(nèi)力，出現(xiàn)不均勻壓縮的問題，導致連梁結(jié)構(gòu)兩端出現(xiàn)不同程度的豎向位移，對工程結(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)特點進行分析，從不同角度對各項因素進行分析，并選擇合適的措施進行優(yōu)化。

一、剪力墻連梁結(jié)構(gòu)特點分析

建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)主要分為墻肢與連梁兩個部分，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)連接的形式來實現(xiàn)墻與墻之間的相互傳力，達到相離墻體結(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)），一般在實際施工中需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實際情況來選擇相應的方式。在對連梁結(jié)構(gòu)進行設計時，需要總結(jié)以往經(jīng)驗，對常見的影響因素進行分析，尤其是要確保其可以達到專業(yè)要求的剛度，以免剛度不夠影響基礎功能的發(fā)揮效果。從實際經(jīng)驗角度進行分析，當跨高比設計小于5時，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，又會對結(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)能夠達到剛度需求，就需要根據(jù)框架梁來進行計算分析，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析。

二、高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)破壞機理分析

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，主要是因為墻肢結(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，嚴重的甚至會導致結(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，會使得聯(lián)肢剪力墻各墻肢成為單片獨立墻結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度造成很大的影響，使得墻肢彎矩加大。《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設計值的調(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，短時間內(nèi)并不會造成結(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)未承擔過大的豎向荷載，基本上不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌問題。

第二，延性破壞。可以分為連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)抗震設計需求，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，提高對墻肢結(jié)構(gòu)的約束作用，提高聯(lián)肢剪力墻的強度與剛度。

三、高層建筑剪力墻連梁結(jié)構(gòu)設計要點分析

1.連梁內(nèi)力分析

通過對塑性調(diào)服的設計可以改變結(jié)構(gòu)的剪力值，進而可以適當?shù)膶Y(jié)構(gòu)內(nèi)力進行調(diào)整。一般在選擇進行塑性調(diào)幅處理時，可以從兩個方面來進行，一方面為計算出內(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)力值的計算。兩種方法的應用需要從實際需求出發(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。但是就實際經(jīng)驗分析，如果在結(jié)構(gòu)計算是已經(jīng)完成剛度折減處理，將會對折減調(diào)幅范圍造成限制，影響設計效果。在實際設計中，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，并且要做好對地震設防數(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)合此特點來選擇合適的措施進行優(yōu)化設計。連梁跨度比較小，并且與其相連的墻肢剛度非常大，這樣連梁在屈服時就會導致梁端部位出現(xiàn)裂縫，降低了結(jié)構(gòu)剛度，同時也會使得連梁內(nèi)力被重新分配。從結(jié)構(gòu)剛度角度進行分析，設計時可以依據(jù)實際情況來進行折減處理，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足工程建設需求[2]。

另外，高層建筑工程上部結(jié)構(gòu)受風力荷載作用力影響也比較大，基于此在進行設計時，可以適當?shù)奶岣呓Y(jié)構(gòu)剛度以及承載力，來增大工程整體剛度，同時也可以減少鋼筋用量。同時還需要采取措施來做好抗震設計，結(jié)合當?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.連梁延性設計

通過對連梁結(jié)構(gòu)延性的優(yōu)化設計，可以提高建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，降低地震作用對工程結(jié)構(gòu)造成的影響。在針對延性內(nèi)容進行分析時，要保證連梁所受內(nèi)力在設計允許范圍內(nèi)，并且還要提高建筑結(jié)構(gòu)設置的合理性。常用的優(yōu)化方式為使用交叉斜筋，施工時將其設置到連梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，爭取提高結(jié)構(gòu)延性性能。連梁設計中，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)支座設計

在對連梁結(jié)構(gòu)進行設計時，尤其是對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。針對此種情況進行設計時，必須要采取合適的措施對其進行加固處理，確保結(jié)構(gòu)不會受外界因素影響而發(fā)生損壞。如提高結(jié)構(gòu)配筋率、抗彎計算優(yōu)化以及加設傾斜方向構(gòu)造鋼筋等，也可以針對實際情況來適當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連梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與堅固性造成的影響。

5.連梁截面高度設計

如果遇到連梁剪應力大于限制值情況是，只需要按照要求來設計截面高度即可，但應避免截面高度過大而造成剪應力增大，影響建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果適當?shù)慕档瓦B梁截面高度，會使得連梁剛度降低，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)的設計，經(jīng)常會存在連梁超筋問題，即可以通過調(diào)整截面高度的方法對結(jié)構(gòu)設置效果進行優(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，并不能有效減弱對墻肢結(jié)構(gòu)造成的損壞。

結(jié)束語：

連梁為建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)重要組成部分，在對其進行設計時，需要從多個角度進行分析，結(jié)合其所具有的特點，分析設計過程中經(jīng)常會遇到的問題，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行優(yōu)化，不斷提高工程結(jié)構(gòu)設計效果。

[1]范小平.高層建筑剪力墻連梁設計的探討[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計的探討[J].江西化工,2010,18:59-60.

[3]張東輝.關于高層建筑剪力墻連梁設計的探討[J].科技促進發(fā)展,2010,03:229+232.

[4]張月猛.劉洪萍.淺析剪力墻連梁在高層建筑中的設計方法[J].民營科技,2010,32:47-49.

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1007-6344（2015）10-0119-01