连梁设计常见问题探讨-文档资料

连梁设计常见问题探讨,一、连梁的定义、受力特点及其破坏形式二、连梁设计中存在的问题及采取的措施三、连梁的配筋构造四、计算模型中连梁的输入方式,目录,一、连梁的定义、受力特点及其破坏形式,1.连梁的定义连梁是指在剪力墙结构中连接墙肢与墙肢、框架剪力墙结构中连接墙肢与框架柱且跨高比小于5的梁。2.连梁的受力特点在竖向荷载作用下产生的弯矩与剪力不大，而在风荷载和水平荷载作用下与墙肢相互作用产生的约束弯矩与剪力较大，约束弯矩在梁两端方向相反，这种反弯作用使梁产生很大的剪切变形，对剪应力十分敏感，容易出现斜裂缝。连梁跨高比较小，与其相连的剪力墙刚度又很大，因此，高层建筑在水平力作用下，连梁的内力往往较大，截面设计常出现超限。在设计中，总要采取适当的措施来调整连梁内力，从而使结构既有承受竖向荷载能力，又能满足水平力作用下强度和刚度要求。,一、连梁的定义、受力特点及其破坏形式,脆性破坏（剪切破坏）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P-效应（竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩），并最终可能导致结构的倒塌。,延性破坏（弯曲破坏）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，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁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。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。,3.连梁的破坏形式,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,连梁刚度相对墙体较小，而承受的弯矩和剪力很大，配筋设计困难。为了实现连梁的强剪弱弯、推迟剪切破坏、提高延性。对连梁来说，要产生塑性铰，就必须满足“强剪弱弯”的条件。如果盲目的按最大配筋率把连梁的上下纵向钢筋配足，可能会导致剪切破坏的产生，此时，连梁将较早就丧失其承载力。如果连梁还有相当的竖向荷载作用，就会导致结构的部分坍塌。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，连梁不应该产生塑性铰。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，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同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。在实际工程为了达到以上目的，连梁设计应从以下几个方面入手：,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,1.连梁的概念设计剪力墙平面布置应以均匀、对称、周边为指导原则进行布置。连梁的截面高度应适宜，连梁的刚度、承载力和变形能力能够与墙肢相匹配，避免连梁过强而使墙肢产生较大拉力而过早出现刚度和承载力退化。在平面布置时，不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。因为，一方面主梁端部约束达不到要求，连梁没有抗扭刚度来抵抗平面外弯矩；另一方面对连梁不利，连梁本身剪切应变较大，容易裂缝，主梁支承在连梁上使得连梁更加容易出现剪切破坏。而且计算时不宜对该连梁刚度进行折减，增加了连梁设计的困难。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,2.对连梁刚度的折减连梁的刚度与墙体相比较小，却承受了很大的弯矩和剪力，配筋设计困难。此时可考虑连梁在满足竖向承载力的前提下，适当开裂，降低刚度，把内力转移到墙体上。根据高规第5.2.1条规定：“高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5”。通常，抗震设防烈度为67度时可取0.7，抗震设防烈度为89度时可取0.5。折减系数不宜小于0.5，这是为了保证连梁的竖向承载能力。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,3.加连梁跨度减少高度在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，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。4.增加剪力墙厚度增加剪力墙厚度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，另一方面连梁的受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受剪承载力不超限。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,5.提高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受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,6.连梁设水平缝形成双连梁当由于实际情况限制无法采用以上方法时，可采用在连梁中部设水平缝的方法，在洞口上方形成双连梁。水平缝可设在连梁沿高度方向中央，厚度可为100mm，待混凝土浇筑完成后用砂浆填实。其实质是减小连梁高度的同时增加连梁的宽度。由于梁刚度与其宽度成正比，此时两个连梁可视为一个宽度为原来两倍的连梁。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,7.设置交叉暗撑高跨比不大于2的核心筒和框筒的连梁宜采用交叉暗撑配筋。设置交叉暗撑后，全部剪力可由暗撑承担，有较强的受剪承载力。不过交叉暗撑的施工有一定的难度，除必要时，一般不宜设置。,箍筋防止斜筋压曲,斜筋形成交叉暗撑,受压斜筋端部箍筋需加密,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,8.考虑连梁不参与工作。当采用上述方法后，实际工程中大部分连梁应该可以满足规范要求，但是有时候仍然不能避免还有少部分连梁超筋。根据高规第7.2.26条第三款的要求，当连梁破坏对承受竖向荷载无影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析。具体在实际设计中，连梁可先按实际截面进行建模计算，然后再把连梁高度改为100mm高（或者把连梁两端改成铰支座），再进行一次建模计算。一般情况下程序此时已不考虑连梁的作用，而按照独立墙肢进行结构内力分析。这其实是剪力墙结构的第二道抗震防线，符合抗震设计中多道抗震防线的概念设计要求。,二、连梁设计中存在的问题及采取的措施,9.地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可采用其余各种措施。,三、连梁的配筋构造,通常意义上的连梁，即跨高比不大于5的连梁。由于跨高比较小，水平地震力作用下常常出现剪切斜裂缝。为避免连梁斜裂缝出现后的脆性破坏，除采取上述强剪弱弯措施外，还应通过连梁的构造措施，即钢筋锚固、腰筋配置、箍筋加密等措施加以保证。高规第7.2.27条强制性条文规定了连梁的构造措施，设计和施工中都应引起重视，加以保证。,三、连梁的配筋构造,1.连梁纵筋在墙内的锚固长度，抗震设计时均不应小于Lae，且不应小于600mm。与框架梁纵筋配置的不同之处在于，连梁的顶底面纵筋全部贯通配置。2.抗震设计的连梁，箍筋沿梁全长加密，直径和间距的要求与相应抗震等级的框架梁梁端加密区的构造要求相同。应注意连梁与一般框架梁的区别。连梁箍筋是全长加密，而框架梁箍筋仅在梁端一定范围内加密。3.顶层连梁纵筋伸入墙体的长度范围内，应配置箍筋，间距不大于150mm，直径与连梁箍筋直径相同。4.墙体水平分布筋在连梁高度范围内作为连梁腰筋拉通配置。连梁高度大于700mm时，腰筋直径不应小于10mm，间距不应大于200mm；跨高比不大于2.5的连梁，腰筋配筋率不应小于0.3。,三、连梁的配筋构造,5.在布置楼面主梁时，应避免楼面主梁支承在连梁上。因为连梁刚度较弱，其抗扭刚度对主梁起不到固结约束作用，且抵抗扭矩不足；同时连梁的破坏会导致主梁的破坏。当楼面主梁支承在连梁上时，可将主梁端部设为铰接，并适当加大连梁的配筋及构造。6.对于跨高比大于5的连梁，其内力分布与一般框架梁相似。梁跨度大，线刚度小，竖向荷载所占的比例较大，配筋由竖向荷载控制。此类连梁应按框架梁的要求设计，根据计算结果连梁底筋贯通配置，梁顶部纵筋不必全部拉通，梁顶除部分贯通筋外，可在支座部位附加。箍筋可按框架梁的抗震构造要求，仅在梁端一定范围加密。,四、计算模型中连梁的输入方式,根据高规规定：跨比小于5的连梁应按照连梁进行设计，跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。在实际设计过程中，连梁在进行模型输入的时可以按墙体开洞形成连梁也可以按主梁输入。这两种输入方式的主要区别就是按框梁输入的连梁，为杆元、一维构件，仅有平面内刚度，梁两端各有三个自由度，刚度小，对剪力墙的约束能力差，个墙肢独立受力状态更为明显，最直接的特点就是墙肢内力较大、配筋大，连梁内力较小、配筋小，结构整体