浅析高层建筑结构设计中的连梁设计

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摘要：在高层建筑结构设计中，连梁的设计是否合理对剪力墙结构的许多性能有着重要的影响。文章简单介绍了连梁的概念及功能，分析了连梁的破坏机理，探讨了高层建筑结构设计中的连梁设计方法。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；连梁设计

前言

高层结构成为新时期建筑结构发展的方向和主流。在高层建筑结构体系中，最广泛的结构是剪力墙结构，而连梁结构在剪力墙结构中有着很重要的作用。

一、连梁的概念及功能

剪力墙包括两个方面，一个方面是墙肢，另外一个方面是连梁。连梁就是在建筑中的墙肢之间以及墙肢和框架柱之间起到连接作用。它不同于一般情况下我们见到的梁，因为它不仅仅只是一个起到受力作用的构件，还有更多的其他作用，比如它的连接，可以使墙与墙相互传力，从而使得相离的墙体之间整体工作。连梁最主要的种类有两种，种类与其功能相互对应，第一种就是可以连接相离的墙肢，第二种就是连接框架柱以及墙肢。

连梁的功能使它必须具备达到要求的刚度，如果刚度达不到，那么连梁的功能就会无法实现，所以在连梁设计中想方设法增加连梁的强度是至关重要的。经过无数次的实验研究和实验总结，如果跨高比小于5的话，就容易导致剪切裂缝损坏，在不小于5时，连梁的刚度达不到要求，就无法起到传力的作用，由此得出连梁的跨高比如果小于5的话，在设计时，应该根据框架梁来算和进行构造方面的设计。

二、连梁的破坏机理

在水平荷载作用下，高层建筑剪力墙的连梁被破坏，有一种脆性破坏（即剪切破坏），另一种属于延性破坏（即弯曲破坏）。当连梁发生脆性破坏时其承载力丧失，如果沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢就丧失了连梁对它的约束作用，并成为单片的独立梁。从而造成结构的侧向刚度大大降低，结构的变形加大，并且进一步增大竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩，最终可能造成结构的倒塌。当连梁发生延性破坏时，梁端出现垂直裂缝，受拉区出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性铰，因此结构刚度降低，变形加大，从而会吸收大量的地震能量。由于通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，并对墙肢起到一定的约束作用，使得剪力墙保持足够的刚度和强度。

三、高层建筑结构设计中的连梁设计探讨

1、连梁的设计原则

连梁两端承受反向弯曲作用，截面厚度较小，是一种对剪切变形十分敏感、且容易出现裂缝以及剪切破坏的构件。发生地震时，连梁可能因为承载力超限而遭到破坏。为达到大量吸收地震能量、减小地震效应的要求，需要合理设计施工图，并遵循以下几点原则：首先，连梁的截面高度应该适宜，为避免剪力墙在连梁的作用下产生较大拉力，连梁的刚度、变形能力、承载力应该与墙肢相一致，从而减少连梁的刚度和承载力。其次，剪力墙平面布置应遵循均匀、分散的原则，要求剪力墙刚度不要太大，不要设置连续很长的剪力墙，使片数多一些，使剪力墙在遭到地震破坏时能承受全部的地震力。再次，不适宜把楼面的主梁支撑在剪力墙之间的连梁上。因为剪力墙结构中的连梁与剪力墙相比，其平面外的抗弯刚度和承载力均更弱，而且楼面主梁支承在连梁上对连梁很不利，连梁本身剪切应变较大，容易出现斜裂缝，楼面主梁的支承使连梁在较大的地震发生时，难于避免产生脆性的剪切破坏。

2、连梁截面高度的调整

当高层建筑连梁剪应力高于比设定的限制值时，这时应该降低截面高度，如果增加截面高度，就会同时增大剪应力，不利于建筑的稳定。截面高度经调整之后，高度变小，连梁的刚度也会随着下降，就能确保承载力不会超过限制值，从而控制其在地震作用下产生的不利后果。一种比较实用的方法就是提高过梁、降低连梁高度，这种方法可以把过梁的两端嵌在剪力墙中，与剪力墙同时浇筑，大大提高了工程施工的方便性。此外，还应用砌块将剪力墙与连梁之间的空隙填补好。在采用这种方法时，要合理设置连梁的高度，不能过大，也不能过小。这是因为如果连梁高度过大，建筑物的稳定性就会降低；而连梁高度过小，就不能消耗过多的能量，不利于墙肢的损害程度的降低。

在刚度折减后，连梁正截面或斜截面所受承载力不够的现象还会有可能发生，这种情况下，可以采取相关措施来增加洞口的宽度，使连梁的刚度和结构的整体刚度减少，大大降低了地震作用的影响，使连梁的承载力不会出现超限的情况。当连梁剪力设计值超过最大值时，减小连梁截面高度，从而达到较少连梁计算内力的目的，同时还要增大剪力墙的地震效应设计值。

3、增加剪力墙厚度

连梁截面宽度的增加，一方面使结构整体刚度增大，地震作用下产生的内力增加；另一方面连梁的受剪承载力随着宽度的增加而加大。片墙厚增加后，地震所产生的内力分配给该片剪力墙的内力小于墙厚增加的比例，加大连梁的截面宽度，使连梁的受剪承载力不超过限制。

4、关于连梁刚度折减问题

在高层建筑中，由于连梁自身的原因，内力在水平力作用下增大，给设计增加了一些难度。连梁发生屈服后刚度逐渐变小，内力呈现重分布现象，使连梁的两端出现一些裂缝。因此，在设计时需要计算出结构的整体，对连梁的刚度进行折减。由于对考虑抗震和不考虑抗震时的取值范围在相关设计规范中并没有明确出来，包括对不同荷载情况也没有另外说明。所以，在实际高层建筑中，连梁的设计一般在0.55到1之间任意取值，以符合截面设计的要求。

如果高层建筑以控制风荷载为主，折减系数的选值应该取较大点，另外，在对竖向荷载内力计算时，就无需再将其刚度折减考虑进去了，因为在计算时已经把连梁的调幅考虑在内了。如果是以地震作用为主要控制因素，则取较小的刚度折减系数，但不能小于0.55，这是为了保证连梁的延性要求。加强连梁的延性，是为了满足连梁强剪弱弯的要求，因为与在风荷载作用下相比，在外力作用下，连梁裂缝开展与塑性变形程度更大，刚度的降低幅度也较大。

5、连梁斜向配筋

连梁因跨高比小，剪切容易破坏，即使是按照强剪弱弯的要求设计，梁的两端屈服形成塑性铰后，剪切破坏还会出现。为了改善连梁的性能以及肢墙的抗震性能，可以适当增加在构造上的一些要求，例如钢筋锚固、腰筋配置、箍筋配置等，如果框筒梁和内筒连梁的跨高比小于2，可以增配对角斜向钢筋，如果是跨高比小于1的情况，可采用交叉暗撑，为了方便施工，交叉暗撑的箍筋无需再加密。

结束语

剪力墙结构是高层建筑中的主要结构形式，对提高建筑工程承载力与结构稳定性具有重要意义。在对剪力墙连梁进行设计时，需要考虑的因素众多，应从连梁自身特点出发，分析其结构破坏的机理，详细研究连梁与墙肢结构之间的联系，在此基础上来选择相应的措施进行优化设计，争取提高设计方案的合理性，提高剪力墙的延性。

参考文献：

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[3]常玉玲.高层建筑剪力墙中的连梁设计[J].中国科技信息，2014（11）.