高层剪力墙结构连梁设计的探讨

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1、高层剪力墙结构连梁设计的探讨　　【摘要】混凝土构件连梁在地震中起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力、延缓墙肢屈服有着重要的作用。连梁作为剪力墙结构抗震设计中的第一道防线和主要耗能构件，其设计的合理与否直接影响到建筑物抗震性能的好坏。【关键词】剪力墙结构；连梁破坏；连梁设计　　一、剪力墙和连梁在地震作用下的破坏形式　　剪力墙结构中的连梁受到弯矩、剪力和轴力的共同作用，在风荷载和地震力作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁两端的弯矩方向相反，从而使连梁产生内力；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。高层建筑联肢墙在水平

2、力作用下的破坏分为脆性破坏和延性破坏两种。联肢墙的脆性破坏又可分为两种情况：一种是脆性破坏发生于墙肢。墙肢由于抗剪能力不够而发生剪切破坏，会使剪力墙很快丧失承载能力。造成结构的突然倒塌。这是设计所应该绝对避免的。抗震规范里规定了抗震墙截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值的放大系数，就是为了防止剪力墙早于弯曲破坏而发生剪切破坏。脆性破坏的第二种情况是连梁发生剪切破坏。连梁发生剪切破坏会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，联肢墙的各墙肢将成为单片的独立墙，这会使结构的侧向刚度大大降低，墙肢弯矩加

3、大。抗震规范里规定了连梁截面的剪压比限值和抗震等级为一、二级时连梁端部剪力设计值的调整系数，也是为了防止连梁早于弯曲破坏发生剪切破坏。但是，和第一种墙肢发生剪切破坏相比，连梁发生剪切破坏时结构尚未丧失承载能力，在墙肢破坏前，只要所考虑的连梁不承担较大的竖向荷载，还不会造成结构的倒塌。　　剪力墙的延性破坏也可分为两种情况：一种是连梁不屈服，墙肢首先发生弯曲破坏，这种墙在破坏时的极限变形较小。因此，对有抗震设防要求的建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但吸收地震能量的能力是较低的。设计中应避免这种情况的发生。延性破坏的第二种是连梁先屈服，最后是墙肢的屈服。当连梁有足够

4、的延性时，它能通过塑性铰的变形吸收大量的地震能量。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，使联肢墙保持足够的刚度和强度。这是设计时应首先考虑做到的。为了保证联肢墙的延性要求，对连梁的延性要求是非常高的。因此，在设计高层建筑剪力墙时，必须十分注意保证连梁的延性要求。　　　　二、连梁设计中的几个问题　　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。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。因此，墙肢和连梁的设计应符合强剪弱弯的原则，同

5、时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。使连梁设计满足强剪弱弯的原则可以考虑以下几个方面：　　1.采用适当的截面形式，合理控制连梁的跨高比。跨高比的大小决定连梁变形能力的大小，一般认为当连梁跨高比大于2时，连梁具有较好的变形能力。同时为保证连梁对墙肢的有效约束，连梁应具备足够的承载力，连梁截面高度也不宜小于400mm。对于带水平缝连梁，为使上下截面具有相同的变形能力，其截面尺寸宜相同，且高度不宜小于300mm。带水平缝连梁可以有效增大连梁跨高比，同时连梁的承载力不但没有降低，而且其变形能力和耗能能力均有大幅度提高，是一种比较理想的水

6、平耗能构件。　　2.考虑翼缘板内钢筋对连梁弯曲承载力的增大作用。这是一个很容易被忽视的问题，但它会使连梁由设计意愿的“强剪弱弯”构件变为实际的“强弯弱剪”构件，从而使连梁由延性的弯曲破坏变成脆性的剪切破坏。因此，应根据连梁翼缘板内的配筋情况，调整连梁的纵筋配置，使连梁两向弯曲承载力相等或接近，而不应简单地采用习惯上的连梁截面上下对称配筋。　　3.合理控制连梁配筋，对于剪力墙结构中的超筋、超限连梁，相当一部分设计人员简单地认为，在不超过最大配筋率的情况下将连梁钢筋尽可能配大一些是有利的，实际上这是一种错误的看法。这不但不经济，而且对建筑物抗震也是有害的。合理的最

7、大配筋应由连梁截面最大剪力设计值控制。　　4.刚度折减和减小高度：连梁由于跨高比小，而与之相连的墙肢刚度较大，最水平力作用下的内力往往很大，因此在进行结构整体计算时，需要对连梁刚度进行折减。《高规》第规定，连梁刚度折减系数不宜小于。通常，设防烈度低时可以少折减，6度、7度时可以取，8度、9度时可取。也可在内力计算后再将连梁弯矩和剪力进行折减。刚度折减后，仍可能发生连梁受弯或受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的高度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。　　5.连梁的塑性调幅：如果只是部分连梁超筋或超限，

8、则可采取调整连梁内力来解决，调整的幅度