浅析高层建筑物的抗震墙连接梁设计
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摘要：在高层的结构中，连粱是一耗能大的构件，连接梁的剪切毁坏会使结构上的延展性减少，对抗震产生不利影响，设计时要注意对连接梁采用“强剪弱弯”验算，从而保证连接梁的弯曲毁坏先于剪切毁坏。
在抗震墙结构及框架-抗震墙的结构中，连接墙肢及墙肢，墙肢及框架柱的梁称为连接梁。连接梁通常具备跨度小、横截面大，与连粱相连的墙体刚度很大的特点。因此，高层建筑物在水平力的作用下，其的内力往往很大。此外，在高层建筑物中，因为连接梁两端的墙肢的不均匀压缩，会导致连接梁两端的竖向位移差，这也导致在连接梁内产生内力。在设计的时候，即使采用减少连接梁内力的各种措施，如：增大抗震墙的洞口宽度；在连接梁中部作水平缝：在计算内力以及位移时，对连接梁的刚度采用折减；对局部内力过大的层的连接梁采用调节等，仍难使得连接梁设计符合要求。
一、抗震墙连接梁概念及具体形式
因为钢筋混凝土抗震墙抗侧及抗扭刚度大，地震作用下的变形小、承受能力大，成为高层建筑物钢筋混凝土结构上的主要抗侧力结构构件。抗震墙由墙肢以及连接梁两种构件组成，连接梁是连接墙肢以及墙肢梁。连接梁与通常形式的普通梁的有区别，它不仅仅是单纯的受力构件，而且还会在墙与墙，或者墙与框架柱之间，通过它的连接传力，使两个相离构件能整体工作。连接梁主要形式有一下两种：一是在抗震墙平面内，连接墙肢及墙肢，另一种是在抗震墙平面内连接墙肢及框架柱。因为连接梁要能够将墙与墙或者墙与框架柱之间连接并相互传力，使得两个相离构件能整体工作，因此它必须具备一定的刚度才能够具备这个能力。通过不断的试验研究及总结，对跨高比低于5的连接梁，在竖向载荷作用下弯矩的比例较小，水平载荷作用下产生反弯使它对剪切变形十分的敏感，容易出现剪切裂纹，当连接梁的跨高比不低于5时，在竖向载荷作用下弯矩所占的比例较大，此时梁受力特点的情况更类似于框架梁，换言之，此时梁的表现形式虽然是“连接梁”，但因为其刚度不足大，不足以起传力的作用，因此对于跨高比不低于5的“连接梁”应按照框架梁计算及构造设计。
二、高层建筑物中抗震墙连接梁作用及其毁坏问题
高层建筑物抗震墙中的连接梁在水平载荷作用下发生的毁坏可分两种，即脆性毁坏及延展性毁坏。抗震标准规定了连接梁横截面的剪压比限值以及抗震等级为一级、二级、三级的时候，连接梁端部剪切力设计值的调节系数，这是为了防止连接梁会早于弯曲毁坏发生剪切毁坏。在风载荷及地震载荷的作用下，墙肢将产生弯曲变形，是的连接梁发生转角，从而使得连接梁产生内力。同时连接梁端部弯矩、剪切力以及轴力又反向作用，减少了墙肢的内力及变形，对墙肢起到一定程度的约束作用，改善了墙肢受力的状态。连接梁在发生脆性毁坏的时候，将丧失承受力，在沿墙全高所有连接梁均发生剪切毁坏时，各墙肢会丧失连接梁对其的约束作用，将变为单片独立的梁。这会使得结构上的侧向刚度大大减少，变形增大，墙肢弯矩增大，并最终可能导致结构上的倒塌。
三、关于高层建筑物中抗震墙连接梁设计的几点建议
在高层建筑物中，墙肢及连接梁协同工作时，抗震墙应具备足够的刚度、强度。在正常的使用载荷及风载荷作用下，结构应处于弹性状态，连接梁不应该产生塑性铰。在地震的作用下，结构允许变为弹塑性状态，产生塑性铰。按照抗震设计规范总则要求，建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，通常不损坏或者不需修复仍可使用，在遭受高于本地设防烈度的罕遇地震时，不会发生倒塌或危及生命的严重毁坏。因此，抗震墙的设计应保证不能发生剪切毁坏，即要求墙肢及连接梁的设计也要符合强剪弱弯原则，同时，连接梁的屈服应早于墙肢的屈服，而且要求墙肢及连接梁具备良好的延展性。因此，在实际工程中，要使得连接梁设计满足强剪弱弯原则，就得考虑以下方面：
一.关于连接梁刚度的折减
连接梁的跨高比小，与之相连墙肢的刚度大等原因，在水平力的作用下的内力通常很大，连接梁屈服时，表现为梁端裂纹，刚度减弱，内力重新分布。因此在开始的时候，采用结构整体计算时，就需对连接梁刚度进行折减。之所以要考虑对连接梁的刚度折减，是因为在侧向载荷的作用下，混凝土开裂引起刚度减少。在地震的作用下，连接梁的裂纹开展及塑性变形，比在风载荷作用下的更大，因此，刚度减少的更多。但是，刚度折减越多，即折减系数越小的话，就意味着设计载荷作用下裂纹开展得越大。《高规》5.2.1条规定，高层建筑物结构地震作用效应计算时，可对抗震墙连接梁刚度予以折减，折减系数不能低于0.5。超载时，如果发生强大的阵风或者地震烈度超过多遇地震时，塑性铰将出现得更早，这就要求我们更加注意加强连接梁的延展性及使连接梁符合“强剪弱弯”的要求。对于以风载荷为控制因素的建筑物中，为了避免连接梁在使用时载荷作用下裂纹开展过大，刚度折减系数可取较大的数值。
此外，按照《高规》规定，抗震设计抗震墙连接梁弯矩及剪切力可采用塑性调幅。以减少其剪切力设计值。但在结构计算中，若已对连接梁采用了刚度折减，其调幅的范围应限制或者不再调幅。在部分连接梁减少弯矩设计值后，其余部位连接梁及墙肢的弯矩也要相应的增大。通常情况下，经全部调幅（包括计算中连接梁刚度的折减及对计算结果的后期调幅）后，弯矩的设计值不能低于调幅前的0.8倍（6、7度）或者0.5倍（8、9度），并不低于风载荷作用下的连接梁弯矩。
二.增大连接梁跨度或减少连接梁横截面高度
在连接梁的设计中，刚度折减后，仍可能会发生连接梁正横截面受弯承受力或斜横截面受剪承受力不足的情况，这时可以增大洞口的宽度，从而减少连接梁刚度。减少了结构上的整体刚度，即减少了地震作用的影响，使得连接梁的承受力有可能不超过限度。若只是部分连接梁超筋或超过限度，则可采用调节连接梁内力的办法来解决。调节的幅度不能大于20%，且连接梁要满足“强剪弱弯”的要求。
三.增大抗震墙厚度
亦即增大连接梁的横截面宽度，其结果有两方面，一方面因为结构整体刚度增大，地震作用产生内力增大，另一方面，连接梁受剪承受力与宽度的增大成正比。因为该片墙厚增大以后，地震所产生内力并不按墙厚增大比例分配给该片抗震墙，而是低于该比例，因此有可能使得连接梁受剪承受力不超过限度。
四.提升混凝土等级
混凝土的等级提升后，结构上的地震作用影响增大的比例远低于混凝土受剪承受力提升的比例，使得连接梁的受剪承受力不超过限度。
五.对于由风载荷起控制作用的高层建筑物中若对连接梁采用了刚度折减后，仍有受弯或抗剪承受力不足时，不能再调节连接梁内力，应采用下列几点措施：
1）、增大抗震墙的厚度即增大连接梁横截面宽度，提升抗震墙刚度的同时也能提升连接梁的抗剪能力。
2）、增大抗震墙数，从而减少每片抗震墙的水平力。
3）、增大洞口宽度以增大连接梁跨度。
4）、降低连接梁横截面高度或在连接梁中部开水平缝等，以减少连粱的刚度。
5）、对于地震力是控制性内力的高层建筑物中如连接梁刚度采用折减后，仍发生连接梁正横截面受弯承受力或斜横截面受剪承受力不足时，应针对不同情况。采用相应的措施。如果结构刚度大，位移比规定的限值小，而超筋或超过限度的连接梁数量又较多时，可采用增大连接梁洞口尺寸，减少连接梁横截面高度等方法，减少连接梁内力。 如果只是部分的连接梁超筋或超过限度，可采用调节连接梁内力的方法解决，调幅不能超过20% ，在调节连接梁内力时必须满足强剪弱弯的设计原则。
四、结语
高层建筑物抗震墙连接梁设计受到多方面因素制约。连接梁内力及抗震墙的多少、每片抗震墙的水平力大小、连接梁的刚度、和其相连的墙肢刚度等都密切相关。因此在设计的时候，问题是比较复杂的，设计时，应把互相制约的因素统一协调起来，从而取得比较理想的结果。
作者简介：
雷云中（1991.03.25），男，湖北松滋人，本科生，土木工程专业