剪力墙结构中连梁设计若干问题的探讨.doc

1、剪力墙结构中连梁设计若干问题的探讨摘要：本文通过对现有混凝土结构设计过程中连梁超筋问题的探讨，并对各种设计方案进行分析比较，旨在为今后的理论研究和工程设计工作提供参考性的建议。 关键词：钢筋混凝土 剪力墙结构 连梁 受力性能 延性 Abstract: This article is based on the study of existing concrete structure design of continuous beam of reinforced problems, and carries on the analysis and comparison of various desi

2、gn scheme, which aims to provide reference suggestions for future theory research and engineering design work. Keywords: reinforced concrete; shear wall structure; beam; mechanical property; ductility; 中图分类号: TU398+.2 文献标识码：A 文章编号： 随着社会的不断进步和发展，人们对居住场所的要求也不断提高，包括房屋的使用功能、舒适程度、房间组合及面积等，短肢剪力墙结构(shear w

3、all structure)的出现使这些问题得到了较好的解决，已经被全国各大城市广泛采用。在剪力墙结构体系当中，连接两片剪力墙的构件称作连梁(connected beam)，或洞口连梁，从大量的试验结果来看，连梁是整个短肢剪力墙结构中的薄弱环节。 短肢剪力墙是通过成列布置的连梁把单独的剪力墙连系在一起的，同时连梁也是剪力墙结构当中延性设计的第一道抗震防线，因而连梁的强度、刚度、延性及耗能能力直接影响着剪力墙结构的整体抗震性能。通常由于建筑构造，常有可能出现跨高比较小的洞口连梁，此时，就会出现跨度小、截面大的连梁，与连梁相连的墙体刚度又很大，一般在风荷载和地震荷载的作用下，此类型连梁会同时受到很

4、大弯矩与剪力，其受力状态十分复杂。 以往的震害资料和试验研究均表明：配置普通钢筋的连梁，仅通过纵向钢筋配筋率与箍筋的体积配箍率的调整来抵抗较大的结构剪力引起的脆性破坏，如果想实现延性弯曲变形的塑性破坏基本上是不太可能。并且我国最新颁布的混凝土结构设计规范 （GB500102010）也没有针对跨高比(ln/h)2.5 的连梁提出具体的设计方法。小跨高比连梁的设计仍是实际设计当中亟待通过试验研究来明确的问题之一。本文的主要研究目的是首先保证连梁具有足够的延性，即保证连梁端部在达到较大弯矩之前，不过早发生剪切破坏；其次是在保证剪力墙整体强度的前提下，连梁还需具有良好的耗能性能；连梁的配筋构造不太复杂

5、，方便施工。 现在工程中常见的剪力墙连梁配件方案基本有以下几种： 1、普通配筋方案； 2、交叉暗柱配筋方案；3、菱形斜筋配筋方案，此方案相对而言施工比较简单，且受力性能较好；4、双连梁设计方案，所谓双连梁是指在连梁中部以水平缝隔开的上下两根连梁1。 普通配筋方案 交叉暗柱配筋方案 菱形斜筋配筋方案 在钢筋混凝土联肢剪力墙或联肢核心筒壁中，洞口连梁（以下简称“连梁” ）的线刚度是影响抗震及非抗震剪力墙和核心筒壁侧向刚度的关键因素之一。在抗震联肢墙和联肢筒壁中，各层连梁梁端还是通过塑性铰耗散地震能量的首选部位。我国建筑抗震设计规范 （GB50011-2010）建议，在整体结构侧向刚度足够大的全剪力

6、墙结构中，宜选用跨高比（连梁净跨与其截面高度之比）偏大的连梁（因为不需要通过选用跨高比偏小的连梁来增大剪力墙的侧向刚度） ，以便能以常规配筋方式和截面抗剪设计方法（含“强剪弱弯”措施）达到不致过早发生梁端剪切破坏，从而使连梁具有足够延性的目的2。而在框架剪力墙结构和框架核心筒结构中，因剪力墙和核心筒承担绝大部分水平荷载，故建议当有必要时宜选用跨高比偏小的连梁以保证结构所需的侧向刚度。在这种情况下，就有可能使用跨高比偏小（例如小于 2.5）甚至很小（例如1.0）的连梁。在按延性要求设计的联肢剪力墙或联肢筒壁中，这类主要受水平荷载引起的内力作用的小跨度比连梁属于两端刚接、反弯点在跨中的反对称弯曲深

7、梁。试验证明34，这类连梁因剪弯比（最大作用剪力与最大作用弯矩之比）相对较大，若仍采用包括“强剪弱弯”措施等常规抗震框架梁的截面抗剪设计方法及配筋方式，已无法避免梁过早出现剪切破坏，从而无法实现对连梁的高延性、高耗能能力要求。因此，如何找到一种施工难度不大，又能使连梁具有高延性、高耗能能力的配筋方案，就成为钢筋混凝土延性抗震结构设计中所剩不多的需要重点突破的问题之一。 连梁超筋问题在剪力墙中是很常见的。一般先减连梁高度，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。此时，想通过调整使计算结果不超筋是困难的,也是没有必要的。 从连梁的作用来说，首先它是在两个墙肢之间传递内力，对墙

8、肢起到约束作用，其次它是在地震来临时充当第一道防线，起到耗能作用。就此而言，超筋连梁（指抗剪超筋）的设计原则应该是这样的： 1、首先按该连梁截面能承受的最大剪力高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ 32002）计算连梁抗剪箍筋； 2、根据该剪力值计算出连梁端部弯矩（为简化起见，假设反弯点在中点） ，并作适当折扣，然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。 目的是为了保证连梁的强剪弱弯，故意让连梁先出现塑性铰。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而我们在设计的时候，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力的情

9、况下，抗剪能力是有富余的，所以此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。唯一与计算不符的是，连梁对墙肢的约束作用比计算的要小，其结果是墙肢的内力比计算值要大。所以要适当加强相邻墙肢的配筋。可以把连梁少承担的内力加到墙肢上，计算墙肢配筋。同时，对与超筋连梁在同一位置、不同楼层的的连梁也应适当加强。 根据项目情况的实际调整经验以及相关实验研究的总结，解决剪力墙连梁超筋的办法有如下几点： 1、降低连梁刚度,减少地震作用； a.容许开裂,刚度折减 b.降低梁高 c.洞口加宽,增加梁

10、长 2、提高连梁抗剪承载力； a.提高混凝土强度等级 b.增加墙厚,增加连梁的截面宽度(墙厚增加的抗剪承载力提高大于地震作用的增加,而梁高加大的结果是地震作用的增加大于抗剪承载力提高,两者是不一样的) 对于高烈度区，或者体形比较不规则的剪力墙结构，连梁超筋是不可不免的，我们这里的做法是，连梁超筋的幅度不超过承载力的 20%，连梁超筋的个数不超过总连梁的 20%，是可以接受的，但是要加强超筋连梁上下对应连梁的承载力（抗剪承载力）同时还要加强超筋连梁相对应墙体的配筋。 结论： 1.当连梁的高跨比减小时，结构的整体性随之减弱，结构的承载能力降低，但是结构的延性却在增加。增加连梁的截面宽度可以减小结构

11、的最大位移，从而可以帮助提高结构的整体性 2.连梁端点处的配筋率越高，整体结构的最大位移将减小，承载能力在增加，而延性在减小。因此可以根据需要，适当的提高连梁端点处的配筋率，以缓解连梁端点过早破坏。 3.随着连梁高跨比的增大，开裂荷载，屈服荷载，极限荷载逐渐增大，但当高跨比增大到一定程度，其屈服荷载和极限荷载增大幅度逐渐减小。随着连梁洞口数的减小，开列荷载和屈服荷载在逐渐增加，而且连梁的延性也在逐渐增加，破坏呈现延性破坏。 参考文献： 1孙宏兵. 高性能混凝土双连梁剪力墙结构抗震性能分析. D.合肥.合肥工业大学.2010:1-71 2赵西安.高层结构设计M.北京：中国建筑科学研究院结构研究所.1994 年 11 月. 3赵杰林.改善洞口连梁抗震性能的一种有效配筋方案.J.重庆建筑大学学报.2003.25(5):24-30 4曹云锋. 抗震剪力墙小跨高比洞口连梁有效配筋方式的试验研究. D.重庆.重庆大学.2003:1-131