李 慧 毛蓉萍

(西南交通大學(xué)，四川 成都 610031)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

九度區(qū)連梁超限處理方法

李 慧 毛蓉萍

(西南交通大學(xué)，四川 成都 610031)

針對(duì)高烈度地區(qū)剪力墻連梁的超筋超限問題，歸納總結(jié)了幾種適用連梁超限的處理方法，并以抗震設(shè)防烈度為9度的某剪力墻結(jié)構(gòu)為例，闡述了連梁超限處理的思路和技術(shù)，以供類似工程參考借鑒。

連梁，高烈度區(qū)，剪力墻，地震作用

連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)的重要組成部分，連梁設(shè)計(jì)是否合理直接影響到結(jié)構(gòu)的整體延性和抗震能力。在強(qiáng)震作用下，設(shè)計(jì)合理的連梁比墻肢先屈服，產(chǎn)生塑性變形，消耗地震能量，從而減輕結(jié)構(gòu)的破壞。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于高烈度區(qū)地震作用較大，連梁常常超限，比如連梁超筋、抗剪截面不足等。連梁作為結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二次抗震設(shè)防的重要耗能構(gòu)件，合理處理連梁超限問題十分重要。因此通過結(jié)合相關(guān)研究成果[1]和九度區(qū)實(shí)際工程設(shè)計(jì)，討論連梁在九度區(qū)抗震超限處理方法，以供設(shè)計(jì)人員參考。

1 連梁的受力機(jī)理

墻肢在水平地震和風(fēng)荷載作用下受到不均勻的壓縮，產(chǎn)生彎曲變形，因此連梁兩端產(chǎn)生豎向位移差，且連梁產(chǎn)生內(nèi)力。連梁端部的內(nèi)力反過來減小了墻肢的內(nèi)力與變形，對(duì)墻肢起到一定的約束作用。連梁有兩種破壞形式：脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。在地震作用條件下，如果連梁受到的外力超出本身的承載力，會(huì)發(fā)生脆性破壞，失去繼續(xù)承載的能力。若連梁具有良好的延性，在承受地震作用時(shí)，不會(huì)突然脆性破壞引起結(jié)構(gòu)倒塌。合理的延性連梁在達(dá)到承載極限后出現(xiàn)塑性鉸，塑性鉸能夠吸收大量的能量，消耗結(jié)構(gòu)中小于承載力的部分彎矩和剪力，從而起到聯(lián)系墻肢的作用，使墻肢保持必要的承載能力，這就使墻肢之間相互連接，整體協(xié)調(diào)受力，減少墻肢內(nèi)力，延緩墻肢的屈服。剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁與墻肢的耗能次序是：首先是弱連梁屈服，其次墻肢和強(qiáng)連梁內(nèi)力增大，然后強(qiáng)連梁先于墻肢耗能屈服，最后是墻肢內(nèi)力增大至耗能屈服。因此，強(qiáng)弱連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)分別起到了第1，2道防線的耗能作用[2]。

2 連梁超限處理方法

剪力墻連梁設(shè)計(jì)所受到的因素有很多種，比如：所受內(nèi)外力不同、剪力墻的承載力不同、所在區(qū)域的不同等?？傊?，在剪力墻設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)做好局部細(xì)節(jié)處理和結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)。常見的幾種連梁超限處理方法歸納如下：

1)控制連梁的高跨比。連梁超筋，很大程度上是因?yàn)檫B梁截面高度不滿足JGJ 3—2010高規(guī)第7.2.22條剪壓比的規(guī)定。JGJ 3—2010高規(guī)第7.2.26條第一款規(guī)定：“當(dāng)不滿足7.2.22條規(guī)定時(shí)，可采取減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施?！蓖瑯?，加大連梁跨度也可降低連梁的高跨比，從而減少對(duì)剪切變形的敏感?？绺弑仍酱螅B梁承擔(dān)的剪力越大。連梁的截面減少，連梁的內(nèi)力減小。連梁跨高比宜大于2.5。設(shè)置雙連梁能很好地控制連梁的跨高比，有效解決連梁超筋問題。雙連梁主要有兩種形式，一是對(duì)于跨高比較小的連梁其水平位置所形成的雙連梁；二是其中間部位所設(shè)立。設(shè)置雙連梁是一種解決連梁超筋的有效措施[3]。高跨比較大的連梁，分縫后跨高比變大，甚至可以轉(zhuǎn)為普通的淺梁，從而剪跨比增大，延性大幅提高?？傊p連梁的設(shè)置，不僅沒有降低連梁的承載能力，還大幅提高了結(jié)構(gòu)的塑性變形能力和耗能能力，是一種比較理想的耗能構(gòu)件。但是，另一方面，因?yàn)殡p連梁的設(shè)置一定程度上降低了連梁的剛度，在由剛度控制下的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮雙連梁的使用。

2)連梁剛度折減。JGJ 3—2010高規(guī)第5.2.1條規(guī)定：“高層建筑結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可對(duì)剪力墻連梁剛度予以折減，折減系數(shù)不宜小于0.5?！痹谒胶奢d(地震作用和風(fēng)荷載)作用下，混凝土的開裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度的降低，所以考慮對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減，在風(fēng)荷載作用條件下折減系數(shù)不宜小于0.8，在地震作用條件下折減系數(shù)不應(yīng)小于0.5。但在豎向荷載作用下，連梁剛度不宜折減，可以通過支座彎矩調(diào)幅來降低連梁支座彎矩。關(guān)于解決連梁超筋超限問題，雖然大幅降低連梁剛度是一條有效途徑，但是在高烈度區(qū)往往無法從根本上得到解決。并且當(dāng)連梁跨高比比較大時(shí)，重力作用效應(yīng)比水平作用效應(yīng)更為明顯，此時(shí)應(yīng)當(dāng)慎重考慮連梁剛度折減。

3)連梁的鉸接處理。高烈度區(qū)剪力墻連梁在高跨比和剛度折減調(diào)整后仍有超筋情況，可根據(jù)《高規(guī)》7.2.26條第二款規(guī)定：“抗震設(shè)計(jì)剪力墻連梁的彎矩可塑性調(diào)幅”。當(dāng)連梁不作為次梁的支承梁時(shí)，連梁破壞對(duì)豎向荷載不會(huì)造成明顯的影響，此時(shí)可假定該連梁在大震下破壞，對(duì)剪力墻按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，但要采取一定的構(gòu)造措施來保證連梁對(duì)剪力墻的約束能力不完全喪失，否則就會(huì)出現(xiàn)“獨(dú)立墻肢”，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震性能大幅降低。但我們應(yīng)注意，將連梁按兩端鉸接梁計(jì)算時(shí)，要滿足連梁破壞后對(duì)承受豎向荷載無明顯影響，連梁鉸接處理后結(jié)構(gòu)層間位移比應(yīng)滿足規(guī)范要求，并且在實(shí)際操作中，將某根超筋連梁進(jìn)行鉸接處理后，很可能導(dǎo)致其他位置原來不超筋的連梁出現(xiàn)超筋。

4)連梁設(shè)計(jì)超限的其他處理方法。a.增大剪力墻的厚度，減小連梁的相對(duì)剛度，從而減小連梁承受的剪力；b.設(shè)置型鋼混凝土梁，但其造價(jià)較高且可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)的位移等變大[4]；c.設(shè)置交叉暗撐和交叉斜筋：《高規(guī)》第9.3.8條規(guī)定：跨高比不大于2的框筒梁和內(nèi)筒連梁宜增配對(duì)角斜向鋼筋，跨高比不大于1的框筒梁和內(nèi)筒連梁宜采用交叉暗撐。交叉暗撐對(duì)提高構(gòu)件抗震性能有較好的作用，但其施工有一定的難度。

3 工程實(shí)例

四川某校教師公租房，共12層，結(jié)構(gòu)總高度為36.5 m。建筑層高：1層為3.3 m，2層～11層為2.9 m，12層為4.6 m，室內(nèi)外高差為0.45 m?？拐鹪O(shè)防等級(jí)為9度(0.4g)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，Ⅲ類建筑場(chǎng)地。采用PKPM有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。典型層結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，該結(jié)構(gòu)剪力墻基本對(duì)稱布置，剪力墻盡可能圍合，讓強(qiáng)、弱連梁有機(jī)相連結(jié)合，使之協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)良好的耗能機(jī)制；剪力墻圍成筒體，可以提供較大的抵抗力偶，更有利于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體抗扭。

此工程在九度區(qū)，由于地震作用很大，連梁超筋超限問題比較突出，要對(duì)連梁進(jìn)行不斷地設(shè)計(jì)、計(jì)算、調(diào)整、再設(shè)計(jì)，這需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，最大的問題是較多連梁抗剪截面超限，用上述常規(guī)方法均無法有效解決，四角和中間部位均有較多剪力墻連梁考慮剛度折減后，仍不能滿足規(guī)范的要求。首先對(duì)部分建筑方案進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)，局部協(xié)同工作，四角和中部的剪力墻盡可能圍合，形成封閉體系，成為剪力墻筒體，從而提供較大的抗扭、抗彎剛度；然后增加平面X，Y向貫通墻體，同時(shí)注重剪力墻結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)制與耗能次序，局部細(xì)分剪力墻間的強(qiáng)、弱連梁；減小超限較嚴(yán)重連梁的高跨比，再進(jìn)行整體計(jì)算分析，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)仍存在超限問題，再通過改變高跨比反復(fù)調(diào)整模型，不斷計(jì)算，但最后中間位置仍有小部分高跨比較大的連梁超限嚴(yán)重，對(duì)其部分設(shè)置交叉斜筋和部分采用雙連梁，直到基本滿足要求?？傊诰哦葏^(qū)采用連梁剛度折減處理連梁超限的效果不是很明顯，控制連梁的高跨比往往有很好的效果；其次，在高烈度區(qū)剪力墻的平面布置結(jié)構(gòu)的受力影響很大，剪力墻應(yīng)盡量貫通；對(duì)于高跨比較大的連梁，交叉暗撐和雙連梁是很好的選擇，效果比較明顯，但是暗撐對(duì)連梁的寬度和墻厚有一定的要求，兩種方法施工過程也相對(duì)麻煩[5]。

4 結(jié)語

1)高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高烈度區(qū)強(qiáng)地震作用下所受水平力很大，連梁的內(nèi)力往往很大，在高烈度區(qū)，連梁超限是存在的一個(gè)普遍問題，它作為抗震設(shè)計(jì)的第一道防線和主要耗能構(gòu)件，其設(shè)計(jì)直接影響到結(jié)構(gòu)性能的好壞，應(yīng)妥善處理連梁超限問題，并合理控制連梁配筋。

2)設(shè)置雙連梁一般可以很好地解決連梁超限問題，但是考慮到雙連梁施工較麻煩，應(yīng)盡量避免。而連梁超限處理的另外兩種方法：設(shè)置型鋼混凝土和兩端按鉸接處理，鑒于其局限性，也應(yīng)當(dāng)慎重考慮后使用。

3)剪力墻位置和數(shù)量的不同，連梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響也會(huì)隨之發(fā)生很大的變化。連梁布置應(yīng)遵循“強(qiáng)連梁不強(qiáng)、弱連梁不弱”的“強(qiáng)剪弱彎”原則，應(yīng)進(jìn)行合理的概念設(shè)計(jì)，具體問題具體分析，做好整體協(xié)調(diào)。

[1] 谷 倩.雙連梁與深連梁剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能對(duì)比分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010,43(sup):46.

[2] 馮 軍，李運(yùn)檢.高烈度區(qū)某高層建筑綜合樓設(shè)計(jì)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011,39(8):69-76.

[3] 朱炳寅.混凝土剪力墻連梁的設(shè)計(jì)計(jì)算及超筋處理[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007(3):1-2.

[4] 雷萬里.鋼連梁及型鋼混凝土連梁的抗震性能分析[D].成都：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008:11.

[5] 蔡思遠(yuǎn)，詹佳明，勞葉華.高烈度區(qū)剪力墻連梁超限處理方法[J].山西建筑，2015,41(15):51-52.

Treatment method for over-reinforcing coupling beam in nine-degree intensive seismic regions

Li Hui Mao Rongping

(SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

According to the off-gauge reinforcement of the shearing wall coupling beam at the intensive seismic regions, the paper sums up some treatment methods for the over-reinforcing coupling beam, and illustrates the ideas and techniques for the coupling beam off-gauge treatment by taking some shearing wall structure with the nine-degree intensive seismic regions as the example, so as to provide some engineering reference.

coupling beam, intensive seismic region, shearing wall, seismic effect

2016-11-07

李 慧(1992- )，女，在讀碩士； 毛蓉萍(1965- )，女，副教授

1009-6825(2017)02-0043-02

TU398.2

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