浅谈高层建筑剪力墙结构连梁设计

1、浅谈高层建筑剪力墙结构连梁设计 【摘 要】剪力墙以其较好的抗震性能在高层建筑的结构设计中得以广泛运用。剪力墙连梁既起着调节和保证剪力墙侧向刚度的作用，又是抗震剪力墙的第一道防线，起着消耗地震能量的作用。因此对连梁进行抗震设计研究，具有重要的意义。本文即分析了连梁在剪力墙结构中作用，并详细阐述了高层建筑剪力墙连梁设计的相关问题。 【关键词】高层建筑；剪力墙；连梁；刚度折减；配筋 一、连梁在剪力墙结构中的作用 剪力墙中的连梁通常梁高较大，跨度却相对较小，剪力墙结构在高层民用建筑中采用，连梁跨高比小于2.5，有时甚至接近1。这种连梁的受力性能不同于垂直荷载下的深梁，在水平荷载下其与墙肢相互作用，产生

2、的约束弯矩和剪力在梁的两端方向相反且力较大，可能会使梁产生较大的剪切变形，使之出现斜裂缝；同时，在高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，也会使连梁产生内力。在结构设计中，即使采取在连梁中部开水平缝；剪力墙洞口宽度增加；对局部内力过大的连梁进行调整；在内力和位移计算梁的刚度降低，降低连梁措施的内在力量，是使梁的截面设计依据与相关的要求非常困难。 较理想的剪力墙极限状态应是：第一次出现在某层连梁两端出现塑性铰，然后逐渐扩展，直到连梁两端壁底前塑性，塑性铰的出现，而其他部分的壁保持弹性，这样对最大限度地发挥结构抗震能力作用明显。因此，在设计的剪力墙结构中，增加连梁的延展性是关键，应使其在理想的机

3、构中满足需要，同时，有效增加墙肢底部的承载能力，并对该处的混凝土截面进行足够的约束。 二、连梁的受力原理及破坏机理 在剪力墙结构和框架剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢、墙肢与框架柱的梁称为连梁。连梁一般具有跨度小，截面高，与连梁相连的墙体刚度大等特点。因此连梁在风荷载和水平地震荷载作用下，内力往往很大。 在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。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。 高层建筑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

4、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，将成为单片的独立梁。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。 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

5、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。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。 三、高层建筑中剪力墙结构连梁设计的相关要点 （一）连梁设计的总体要求 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。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发

6、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。 （二）关于连梁刚度折减的问题 连梁由于跨高比小、与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，设计时难以解决。由于相关设计规范中没有明确对考虑抗震和不考虑抗震时的取值范围加以明确，也没有对不同荷载情况加以说明。所在，设计过程中为了解决连梁截面设计的问题，就在规范规定的10.55的范围内任意取值，以符合截面设计的要求。 需要注意的是，之所以考虑对连梁刚度进行折减，是因为在侧向荷载作用下，刚度会因混凝土的开裂而降低。在外力作用下，连梁裂缝开展与塑性变形比风荷

7、载作用下更大，刚度降低也就更多。这就要求更加注意加强连梁的延性和使连梁符合“强剪弱弯”的要求。 对于以地震作用为控制因素的建筑中，则可取较小的刚度折减系数。但为了保证连梁的延性要求，此刚度折减系数不应小于0.55。而对于以风荷载为控制因素的建筑中，为了避免连梁在使用荷载作用下裂缝开展过大，刚度折减系数应取较大值。此外，当在设计竖向荷载作用下的内力时，对已经考虑了调幅的连梁，则不应再考虑刚度折减。 （三）连梁超筋的解决办法 1、加大连梁的跨度与截面高度的比值 在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁承载力（ 正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力） 不够的情形，可这样处理： 增大门窗洞口宽度（ 增大

8、连梁跨度） 或减小连梁截面高度，以减少连梁刚度，从而减小结构整体刚度，也就减小了地震作用的影响，避免连梁配筋超限。 2、对连梁弯矩和剪力进行塑性调幅 若只是个别连梁超筋或超限，可采取调整连梁内力来解决。但在整体计算时已将连梁刚度进行过折减的，不应再考虑调幅。一般调整幅度宜小于20% 为宜，且必须满足“强剪弱弯”要求。 3、连梁中部设水平缝 当连梁截面高度较高时，如框筒结构中的高窗裙梁，为加大连梁跨高比，又能较好地起到在墙肢间传递剪力和弯矩的作用，可在连梁中间预留一道水平缝，形成开缝连梁。这种连梁由于跨高比加大，减少了剪切变形的影响，可有效防止斜拉剪切破坏，增加延性。 4、连梁的铰接处理 当连梁

9、破坏对承受竖向荷载无大影响时，例如连梁不作为其它梁的支承梁，可考虑在大震作用下该联肢墙的连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次结构内力分析（第二道防线） ，墙肢应按两次计算的较大内力配筋，其实质是将连梁按铰接处理。但应注意按此种处理后结构的层间位移比要满足规范要求，连梁本身必须满足非抗震设计的承载能力和正常使用极限状态的设计要求。 （四）连梁设计应注意的事项 1、当连梁跨高比不大于2时，宜配置对角斜向钢筋，当连梁跨高比不大于1时，宜配置交叉暗撑。 2、高规7.1.5条规定，“楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上。”由于连梁刚度较弱，承载在连梁上的主梁端部约束达不到要求，连梁也不能提供足够的抗扭刚度；其次连梁跨高比小以剪切变形为主，支撑主梁会进一步加大连梁的剪切内力，在地震作用下连梁的脆性破坏会导致主梁随之破坏。因此应尽量避免主梁支承在连梁上。 四、结语 综上，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。种种错综复杂的因素都对设计人员提出了更高的要求，但只要理清思路，善于把各种