高层建筑剪力墙中连梁设计

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摘要：在高层建筑剪力墙结构和框架中，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、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下，连梁的内力往往很大。

关键词：高层建筑；剪力墙；连梁设计

中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：

引言：剪力墙结构中的连梁受到弯矩、剪力和轴力的共同作用，容易发生延性破坏(弯曲破坏)和脆性破坏(剪切破坏)。剪力墙洞口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。具有合适强度、刚度和良好变形性能的连梁的剪力墙，在遭受强烈地震时，多数连梁在墙肢屈服之前先屈服，发挥其塑性变形能力，耗散地震能量有效减轻主体结构构件的损坏。

1、剪力墙连梁设计满足“强剪弱弯”原则须注意的事项

1.1关于连梁刚度或弯矩设计值的折减

根据JGJ3-1991《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》中的规定：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架一剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55。”一般在实际设计中，连梁刚度的折减系数一般在0.55～l之间取值，以符合截面设计的要求。

按连梁弹性刚度计算内力和位移，将弯矩和剪力组合乘以折减系数，用这种方法时应适当增加其他连梁的弯矩设计值，以补偿静力平衡。

1.2 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。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20％，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

1.3增加剪力墙厚度

亦即增加连梁的截面宽度。在增加了剪力墙厚度后，结构的地震作用所产生的内力分配给剪力墙的比例远小于剪力墙墙厚增加的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

1.4 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。

1.5 对于由风荷载起控制作用的高层建筑中如果对连梁采取了刚度折减后，仍 出现受弯或抗剪承载力不够时，不宜再调整连梁内力，应采取下列几点措施：

1.5.1增加剪力墙的厚度即增加连梁截面宽度，提高剪力墙刚度的同时亦提高连梁的抗剪能力；

1.5.2增加剪力墙数，以减少每片剪力墙的水平力；

1.5.3加大洞口宽度以加大连梁跨度；

1.5.4减少连梁截面高度或在连梁中部开水平缝等，以降低连梁刚度。

1.6 对于地震力为控制性内力的高层建筑中如连梁刚度进行折减后，仍发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够时，应采取下列几点措施：

1.6.1若结构刚度较大，位移比规定的限值小得多，而超筋或超限的连梁数量较多时，可采取加大连梁洞口尺寸，减小连梁截面高度等方法，减小连梁内力；

1.6.2如果只是部分连梁超筋或超限，可采取调整连梁内力方法解决，调幅不宜超过20％，在调整连梁内力时必须满足强剪弱弯的设计原则。

2、连梁设计措施

2.1强剪弱弯的原则

2.1.1对连梁弯矩及剪力进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。在剪力墙结构巾，与连梁相连的墙肢刚度大，梁两端的变位差很大，梁剪力就很大，因此，可考虑存不影响其承受竖向荷载能力的前提下允许其适当开裂，而把内力转移到墙体，可以在开始进行结构整体计算时就对连梁刚度进行折减。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.1条规定：“在内力与位移计算中抗震设计的，在框架一剪力墙或剪力墙结构中的连梁的刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5”。通常，设防烈度低时可以少折减，6度、7度时可以取0；7，8度、9度时可取0.5。也可在内力计算后再将连梁弯矩和剪力进行折减。这两种方法的目的都是要减少连梁内力和配筋，无论采用哪种方法，连梁调幅后的弯矩和剪力设计值都不应低于使用状况的值，也不宜低于比设防烈度低1度的地震组合所得的弯矩设计值，以避免在正常使用状况或小震作用下连梁开裂。

2.1.2增加剪力墙厚度，增加洞口的宽度。增加剪力墙厚度(在保证结构形心和重心重合满足要求的情况下)，这样使连梁的截面宽度也同时增加。这样，一方面由于结构整体刚度加大，地震产生的内力也随着刚度加大而增加；另一方面，连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比，由于该片的墙厚增加，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，因此也有可能使连梁的受剪承载力满足要求。或增加洞口的宽度，增大连梁的跨高比，这样连梁刚度就会减少，或在不至造成短肢剪力墙的情况下增加洞口数量。这样，剪力墙结构整体刚度就会减少，结构吸收的地震力也就减少了；地震作用的影响减少，连梁的承载力也就满足要求了。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20％，否则连梁截面上的平均剪应力超过限值时，若加大截面高度，一般会使作用在连梁上的剪力更大，反而更不利。

2.2基于概念的连梁设计措施

2.2.1抗风结构(非抗震结构)可以用加大连梁尺寸的方法提高连梁刚度，从而增大联肢剪力墙的刚度，以满足结构抗侧刚度的要求，计算时，连梁刚度不宜折减，内力也不宜调幅。而抗震结构不宜用加大连梁尺寸的方法提高剪力墙刚度，相反，开洞剪力墙中的连梁宜较小，如结构刚度不足，可采用其他方法增加结构总刚度。

2.2.2抗震结构要考虑弹塑性性能以抵抗中震和大震，因此不宜采用刚度很大的连梁，不宜设计类似整体悬臂(整体小开口剪力墙)的联肢剪力墙，联肢剪力墙的整体系数宜小于10，也不宜设计配筋很多的连梁，应通过连梁弯矩调幅设计强墙弱梁的延性剪力墙。

2.2.3当剪力墙长度很大时，可以开一个大洞口，减小梁高，形成相对刚度较小的连梁，即采用“弱连梁”将剪力墙分割成长度较小的墙(每一段墙可以是联肢剪力墙，也可以是独立墙肢等)，“弱连梁”对墙肢约束弯矩很小，整体系数不大于1的连梁属于弱连梁，计算时弱连梁的刚度也不宜折减。

2.2.4抗震剪力墙可通过连梁内力调幅降低连梁弯矩，但调整后的连梁弯矩不能低于风荷载下的连梁弯矩，也不能低于小震下的连梁弯矩。

2.2.5跨高比小于2.5的连梁多数出现剪切破坏，为避免脆性剪切破坏，采取的主要措施是控制剪压比和适当增加箍筋数量。

2.2.6为了限制连梁截面剪压比，应当控制连梁的受弯钢筋数量，受弯钢筋不超过最大配筋率，也不小于最小配筋率。

2.2.7当连梁破坏对承受竖向荷载没有很大影响时，在大震作用下，允许连梁剪切破坏，按照多道设防的概念设计联肢剪力墙。

2.2.8核心筒的连梁或框筒结构中的深梁可以采用交叉斜撑配筋，以改善连梁的延性性能。

3、结束语

综上所述，高层建筑剪力墙结构中的连梁设计，常受到很多因素的制约，连梁的内力与结构抗侧力刚度、相连墙肢的刚度、连梁跨高比等因素有关。抗震结构还应考虑非弹性变形阶段，连梁是首先屈服的构件，应调整内力，避免剪力墙在弯曲屈服前出现剪切破坏，控制好结构最终形成延性破坏的措施。

参考文献：

[1]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]．

[2]GB50011—2001，建筑抗震设计规范[S]．

[3]彭伟．高层建筑结构设计原理[M]．成都：西南交通大学出版社．2004．