1、浅谈高层剪力墙结构中连梁的设计摘要 在剪力墙结构中,连接墙肢与墙肢且跨度与高度之比5的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小、截面大,与其相连的墙体刚度大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下,连梁的内力往往很大。此外,高层建筑中,由于连梁两端墙肢的不均匀压缩,会引起连梁两端的竖向位移差,这也将在连梁内产生内力。在设计时,即使采取降低连梁内力的各种措施,对连梁刚度进行折减，对局部内力过大层的连梁进行调整等,仍难使连梁的设计符合国家规范要求。本文将提供连梁设计的几个建议,并讨论连梁的配筋设计。 关键词高层剪力墙结构连梁内力计算与设计 中图分类号：TU97 文献标识码：A 1 连梁的工作和破坏机理：在风荷
2、载和地震水平作用下,墙肢产生弯曲变形,使连梁产生转角,而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形,对墙肢起到了一定的约束作用,改善了墙肢的受力状态。高层剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种,即脆性破坏(剪切破坏)和延性破坏(弯曲破坏)。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力,在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时,各墙肢丧失了连梁对它的约束作用,将成为单片的独立墙。这会使结构的侧向刚度大大降低,变形加大,墙肢弯矩加大,并且进一步增加 效应(竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩),最终可能导致结构的倒塌。而连梁在发生延性破坏时,梁端会出现垂直裂缝,受拉区会出现
3、微裂缝,在地震作用下会出现交叉裂缝,并形成塑性绞,结构刚度降低,变形加大,从而吸收大量地震能量,同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力,对墙肢起到一定的约束作用,使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中,连梁起到了耗能的作用,对减少墙肢内力,延缓墙肢屈服有重要的作用。 2 连梁设计的建议 在墙肢和连梁的协同工作中,剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常使用荷载和风荷载作用下,结构应该处于弹性工作状态,不应产生塑性铰。在地震作用下,结构允许进入弹塑性状态,连梁可出现塑性铰。根据强剪弱弯的抗震设计原则, 连梁的设计应保证不过早发生剪切破坏,且具有良好的延性。 为此，建议在实际工程设计中，可采取下几
4、个方面措施: 对连梁刚度的进行折减。 如连梁按弹性刚度参与整体抗震计算，其承受的弯矩和剪力很大,配筋困难，可按国家规程高层建筑混凝土结构技术规程 （以下简称高规 ）的 5.2.1条，在不影响其承受竖向荷载能力的前提下，对连梁刚度的进行折减，允许其适当开裂而把内力转移到墙体上。一般设防烈度为 67度时，连梁刚度折减系数可取 0.7, 设防烈度为89度时折减系数可取 0.5。 加大连梁跨度或减小连梁高度。 对连梁进行刚度折减后,如仍有连梁正截面受弯承载力或截面抗剪承载力超限的情况,也可以加大连梁跨度或减小连梁高度,以减少其刚度,也就减少了地震作用下剪力和弯矩的影响,使连梁的承载力有可能不超限。 增
5、加截面抗剪承载力超限的连梁所在的剪力墙厚度。 亦即增加连梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大,地震作用产生的内力增加,另一方面连梁的抗剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙,而是小于这个比例,因此有可能使连梁的抗剪承载力满足高规的要求。4）提高连梁的混凝土等级。 混凝土等级提高后,结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土抗剪承载力提高的比例,也有可能使连梁的抗剪承载力不超限。5）在连梁中设置交叉对角斜筋 对于经采取上述措施抗剪承载力仍超限，抗震等级为二四级的连梁，可在连梁中设置交叉对角斜筋或对角暗撑。因根据国家混凝土结构
6、设计规范GB50010-2010（以下简称混规 ）之 11.7.8条，连梁的剪力放大系数只取为 1.0，即剪力设计值较高规有所降低；而根据GB50010-2010之 11.7.10条，对于连梁截面宽250mm 且跨高比不大于 2.5的抗震等级为一、二级的连梁，其抗剪截面允许值又较高规提高了1.67倍，即在连梁中设置交叉对角斜筋或对角暗撑后，连梁抗剪承载力就可能不再超限。 6） 对连梁的弯矩进行塑性调幅 如采取上述措施连梁的抗剪承载力仍超限，也可对弯矩进行塑性调幅，但经全部调幅（含整体计算时对连梁刚度的折减和按本方法的后期调幅）后，弯矩设计值不得小于调幅前（完全弹性）的 0.8倍（6,7 度）和
7、 0.5倍（8,9 度） ，并不小于风荷载作用下的弯矩。之后，应根据高规的 7.2.1条（或混规的 11.7.8条）计算出弯矩调幅后对应得剪力，并根据高规的 7.2.2条（或混规的 11.7.10条）进行抗剪承载力验算。 3 连梁的配筋设计高层剪力墙结构的连梁，其抗剪配筋计算可按混规的 11.7.9条和 11.7.10条执行。为实现“强剪弱弯”的抗震设计原则,其配置的纵向钢筋的最小和最大配筋率，应分别满足高规的 7.2.24和 7.2.25条的要求。同时考虑到连梁以承载水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近,可以采用上下截面对称配筋。连梁的配筋构造应按高规的 7.2.27条执行。 4 结语高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时,问题是比较复杂的,设计时要把互相制约的因素统一协调,以取得比较理想的结果。 参考文献 ： 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 北京：中国建筑工业出版社，2010 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-2010 北京：中国建筑工业出版社，2010
