高层建筑剪力墙结构中连梁研究

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1、高层建筑剪力墙结构中连梁研究　　摘要：剪力墙又称抗震墙或抗风墙，是建筑物或构筑物中主要承受地震作用或风荷载引起的水平荷载，防止结构剪切破坏的墙体。针对连梁在剪力墙结构中的重要性，系统介绍了连梁的特点，受力机理及破坏形态，并对连梁的合理级配和超筋问题进行了分析，提出控制连梁超筋的措施，以达到“小震不坏”的抗震设防目标。关键词：剪力墙结构；连梁；超筋措施；抗剪性能中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：1概述随着我国现代社会经济迅速发展，尤其是城市建设的发展，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，甚至在一些二三四线城市也已相当普遍。城市中的高层建筑是反映这个城市经济和社会进步的重要标志，其具

2、有以下优点：1)高层建筑是提高土地利用率的有效措施。现代社会土地价格日益高涨，一些开发商为了获取更大的利益只能提高容积率。在相同的建设场地中，建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以解决城市用地紧张和地价高涨的问题。2)设计精美的高层建筑可以为城市增加景观，提升城市形象。73)在建筑面积与建设场地面积相同比值的情况下建造高层建筑能比多层建筑提供更多的空闲地面，这些地面用作绿化和休息场地，可以美化环境。4)高层建筑可以缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种管线的长度，从而节约投资。综上所述，建造高层建筑利大于弊，合理的设计可以达到美化城市的效果。在相当长一段时间内高层建筑仍将是我国大

3、部分城市建设中的主要建筑形式。这就要求我们结构设计人员掌握高层建筑的设计原理更好地服务于社会。2连梁的特点、受力机理及破坏形态众所周知，剪力墙结构是现代商品住宅的主要形式，最早人们认为这类结构延性很差甚至没有延性，但经过研究和各种试验发现合理设计的剪力墙结构具有良好的延性。该结构的延性主要通过连梁实现，连梁是高层建筑的刚度调节器，是高层建筑主要耗能构件，是抗震设防的第一道防线，它的合理设计将为整个结构的延性做出重大贡献。下面我们来认识一下连梁。7在剪力墙结构、框架-剪力墙结构及筒体结构中，连接墙肢与墙肢的梁称为连梁。连梁的特点是截面大，跨度小，与之相连的墙体刚度一般都很大。在水平荷载(

4、风或地震荷载)作用下，连梁内力也很大。同时在高层建筑中，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，这个差值也会引起连梁内力。下面以双肢墙为例说明连梁的受力机理：离地面距离为X的某一水平截面处的弯矩为M，则由平衡条件可知：M=(M1+M2)+Na。M1、M2——单片剪力墙所承担的弯矩Na——由两片墙肢整体工作的组合截面所承担的弯矩，即整体弯矩。N为墙肢轴力，一肢受拉，一肢受压；a为两片墙肢形心间的距离。由上述公式可见：1)任意截面X的弯矩M是由局部弯矩(M1+M2)和整体弯矩Na两部分组成的，整体弯矩大，局部弯矩就小。2)任意一个截面上的整体弯矩等于该截面以上所有连梁约束弯矩

5、的总和。因此可以说，整体弯矩由连梁提供；整体弯矩越大，说明两个墙肢共同工作的程度越大，越接近于整体墙。所以整体弯矩的大小反映了墙肢之间协同工作的程度，这种程度称为剪力墙的整体性。因为整体弯矩是由连梁对墙肢的约束提供的，在水平荷载(地震或风荷载)作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力，而连梁端部的弯矩、剪力和轴力同时减小了墙肢的内力和变形，共同承担墙肢总弯矩。7下面我们再看一下连梁的破坏形态，高层建筑在水平荷载作用下，连梁的破坏形态有两种：a.剪切破坏(脆性破坏)；b.弯曲破坏(延性破坏)。连梁发生剪切破坏，产生十字交叉裂缝，丧失承载力，连梁退出工作，墙体总弯矩将内

6、力重分配，全部由墙肢承担。各墙肢丧失了连梁对它的约束作用，成为单片的独立墙肢，刚度大大降低，变形加大，并且进一步加大墙肢的P—⊿效应，从而导致墙体倒塌。连梁发生弯曲破坏即延性破坏后，梁端出现垂直裂缝，受拉区出现微裂缝，在梁端形成塑性铰，结构刚度降低，变形加大，从而吸收地震能量，但是塑性铰能承受一定的弯矩和剪力，起到约束墙肢的作用，使剪力墙保持良好的刚度和强度，在这一过程中连梁起到耗能作用，在地震荷载作用下这种裂缝不断加宽发展，直至混凝土受压破坏。由此可见，连梁对剪力墙延性起到至关重要的作用。所以我们在结构设计中应注意连梁的处理。3连梁的合理设置问题7目前，有一些工程尤其是下部几层为商业

7、网点上部为住宅的剪力墙结构，为降低工程造价不做转换结构，剪力墙开洞较大，均是跨高比大于5的框架梁，梁的刚度较小，结构整体刚度也较小，地震作用也较小，这类结构从现行规范条文来看没有什么毛病，结构的经济性也较好，但仔细分析这类结构，其受力和变形特性接近框架结构，当层数较多时对抗震是不利的，宜避免。合理的剪力墙结构应该是强弱连梁合理搭配，不能全部为强连梁，否则结构刚度过大，反而引起地震作用更大，结构成本无端增加。但也不能全部为弱连梁，否则整个结构缺少