1、高层建筑剪力墙结构连梁设计及超筋处理分析【摘 要】高层建筑中剪力墙连梁结构的应用非常广泛，由于连梁设计模型的种类繁多，在满足合理的设计要求下，对于剪力墙结构连梁设计的标准很高。我国针对连梁设计的规范标准不一，本文通过对剪力墙连梁结构做出简要的分析，并且在连梁的结构设计上提出几点建议，针对连梁结构容易出现的超筋现象进行一系列的原因分析，进而采取适当的措施来改善和解决超筋问题。 【关键词】高层建筑 剪力墙 连梁设计 超筋处理 引言 随着我国在城市建设发展的速度越来越迅猛，在城市建设中城市人口密度过大，各大城市的建筑都开始朝着高层、超高层发展。由此可见，高层建筑在近几年来的发展前景极为广阔，同时对于
2、高层建筑在结构上的创新和质量上也提出更高的要求。 1 高层建筑剪力墙连梁结构的简易分析： 在高层建筑中，连梁作为连接剪力墙墙肢与墙肢或框架柱之间的重要结构（图 1） ，其主要功能是将墙与墙或墙与框架柱之间连接起来相互传力，使其分离的构件整体工作，对其材料要求有一定的刚度，一般具有跨度较小、横截面较大，且连梁两端与剪力墙的跨高比一般具有小于5 的特点。若连梁的跨高比不足 5，则在竖向荷载下的弯矩比例过小，水平载荷对其产生的形变表现的十分敏感；若连梁的跨高比超过 5，则竖向弯矩比例过大，但由于其刚度达不到一定标准，表现为不能实现传力作用，对于跨高比超过 5 的连梁应按照框架梁结构设计。 2 高层建
3、筑剪力墙结构连梁设计： 根据剪力墙连梁的结构分析，为了保证其在正常的使用荷载和风荷载作用下，剪力墙在刚度和强度两方面应满足一定的要求，连梁结构在正常工作状态下需保持弹性，避免出现塑性铰现象。在国家抗震设计规范要求中，发生地震时能保持弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰，建筑在遭受低于当地设防地震强度时，不会造成太大损坏或不需修复便可继续使用；在遭受高于当地设防地震强度影响时，不会发生坍塌或者发生严重危害的破坏。因此在连梁设计中重点强调要满足强剪弱弯的规范，并且对墙肢和连梁的延性具有更高的要求，在实际的建筑工程中就必须要求配筋率达到 4.6%以上。 3 因此在构建剪力墙连梁的结构中要注意： 3.1 钢
4、筋混凝土高层建筑结构技术规程 （下简称高规 ）中第 5.2.1 条可知在抗震条件下框架剪力墙连梁结构的刚度可折减，尽量避免小于 0.5。这里要将竖向荷载作用和水平荷载作用区分开来，在竖向荷载的作用下，连梁刚度尽量避免折减，在满足规定的载荷要求时，可对其降低连梁支座弯矩；在水平荷载作用下，要达到规定的载荷要求时，连梁刚度可以做适当的折减。在地震危害的作用下，连梁会出现结构变形甚至出现裂缝，其刚度下降较大。刚度过低会使设计荷载下的裂缝开展过大，塑性铰现象会更早的出现，所以在连梁的延性和强剪弱弯具有更高的要求。在风荷载影响下，折减系数应采用 0.8 以上规格；在地震作用下，这件系数应采取 0.55
5、以上规格。 3.2 在考虑地震因素时，并不是刚度越大越好，通常情况在剪力墙结构中采取弯矩调幅的做法，减小连梁的弯矩来使连梁先于墙肢屈服，考虑到连梁在经过刚度折减后仍不能满足承载能力的要求时，则可结合实际的情况，采取一定的措施避免其达不到所规定的承载能力。 3.3 在高层建筑采取连梁刚度折减后仍不能达到规定的承载能力时，调整连梁的内力作用不明显，可通过加大剪力墙的厚度来提高它的界面承载能力；通过增加剪力墙的数量，使剪力墙所承担的水平力能被其平摊；扩大洞口来增加连梁的跨度或者在连梁内增加一个水平缝，从而降低连梁的刚度，满足连梁的设计标准。 3.4 设计中常采用多道设防方法来设计连梁，剪力墙结构在设
6、计之初，应考虑到提高连梁承载力的是为改善高层建筑的抗震能力。如果连梁的延性不能保证，则要注意强震影响下建筑结构的安全性，由于这里涉及到连梁在抗震作用后被破坏掉，不能正常工作，只由单墙肢来保证建筑的结构稳定。 3.5 在连梁设计中采取“X 形”交叉配筋结构（图 2） ，交叉配筋具有的优势是可以提供两个方向的剪力，其所提供的水平和竖向两个方向的剪力，在阻止剪切滑移的破坏上起到一定作用。连梁和剪力墙发生位移时，X 形的钢筋可进行轻微转动，从而不会破坏节点钢筋，在发生裂纹和屈服现象时，仍可以保持 X 形，不至立即破坏。 4 高层建筑连梁超筋的原因： 超过一定高度的建筑物中，由于其对风荷载和地震作用反应
7、明显，会使连梁产生较大的内力，并且连梁两端连接墙肢部分的挤压会造成连梁两端一定的偏差。连梁与墙肢接触时，也会对其产生一定的约束作用。设计过程中，尽管利用多种方式来降低连梁内力，仍难以使连梁的结构满足规定的标准。结构设计的不合理，将会使其在抵抗水平力的强度和刚度不符合标准，从而会影响到连梁承受竖向荷载的性能指标。 连梁容易发生超筋的部分，一般位于剪力墙结构中，始于地面并在其高度 1/3 处的竖向楼层连梁，例如在 30 层高的建筑，在其第 10 层左右易出现超筋问题；在水平结构中，较长墙段中部的连梁，如果墙肢截面的高度差较大，连梁容易出现超筋。 5 高层建筑连梁超筋处理： 连梁超筋是剪力墙结构设计
8、中难以避免的一种现象，根据项目的实际情况，解决剪力墙连梁超筋的办法如下几点： 5.1 通过连梁刚度折减。 根据高规中第 5.2.1 条，一般在实际设计中我们取 0.7 计算，以满足合截面设计的技术要求，若连梁仍然超筋，可取折减系数为 0.5，但不应该低于 0.5 规定值。 5.2 降低连梁的截面高度。 剪力墙连梁在刚度折减后，可能会造成正截面受弯承载力不够的现象，这时通过降低连梁的截面高度来减少连梁刚度，使其内力满足截面设计的技术要求。若减少连梁高度后，依然存在超筋情况，则问题表现在连梁两侧的墙肢过强或所吸收的地震力过大，而此时通过常规调整很难使计算结果不超筋。 5.3 提高混凝土等级。 通过
9、选择高号等级混凝土后，地震作用对其结构影响的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，其可使连梁的受剪承载力不超限，但超筋较为严重时，其效果并不明显。 5.4 增加剪力墙厚度。 通过增加连立强厚度使其截面宽度增加，从而增大建筑结构的刚度，地震危害时内力增加；尽管连梁的受剪承载力随宽度成比例的增加，但是剪力墙厚度增加以后，地震危害发生时，对连梁产生的内力增加不会高于这一比例，进而使连梁的受剪承载力达到规定要求 6 结语 高层建筑的的发展前景极为广阔，在设计领域中针对剪力墙连梁结构具有了更高的要求，满足新的结构形式和更加合理的方案是未来发展的目标和方向。 由于高层建筑剪力墙连梁结构设计较为复杂，受到多
10、重因素影响，并且连梁结构中常出现超筋现象，都需要在设计时要全面考虑到的。连梁的结构设计涉及到连梁与剪力墙之间的内力，连梁刚度，并且还要考虑抗震设计，要做到在高强度地震中不倒塌，一般地震中可修理，小型地震中不产生损坏，设计的任务就是要求结合所有可能会出现的现象和问题，来设计出一个比较完善的方案。 参考文献 1王佳艳. 浅谈高层建筑剪力墙连梁的设计与施工J.中国科技纵横 2011， （12） 2王结进，周汉志.一种连梁超筋的处理J.平顶山工学院学报 2004，13， （2） 3李喜庆，潘艳. 高层剪力墙中连梁设计J.黑龙江科技信息 2009， （14） 4陈崇冈. 高层建筑剪力墙结构的设计要点J.中国高新技术企业 2010， （10） 5郑有伟. 高层建筑混凝土剪力墙结构连梁设计及超筋处理问题探讨J.福建建设科技 2010， （4）
