高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計探討

關(guān)鍵詞：高層住宅；剪力墻結(jié)構(gòu)；耗能構(gòu)件；連梁

　　一、聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞機(jī)制。

　　高層建筑聯(lián)肢墻在水平力作用下的破壞分為脆性破壞（即剪切破壞）和延性破壞（即彎曲破壞）兩種。聯(lián)肢墻的脆性破壞又可分為兩種情況。一種是脆性破壞發(fā)生于墻肢。墻肢由于抗剪能力不夠而發(fā)生剪切破壞，會使剪力墻很快喪失承載能力。造成結(jié)構(gòu)的突然倒塌。這是設(shè)計所應(yīng)該絕對避免的�？拐鹨�(guī)范里規(guī)定了抗震墻截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時抗震墻底部加強(qiáng)部位剪力設(shè)計值的放大系數(shù)，就是為了防止剪力墻早于彎曲破壞而發(fā)生剪切破壞。脆性破壞的第二種情況是連梁發(fā)生剪切破壞。連梁發(fā)生剪切破壞會使聯(lián)肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，聯(lián)肢墻的各墻肢將成為單片的獨(dú)立墻，這會使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低，墻肢彎矩j加大。抗震規(guī)范里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設(shè)計值的調(diào)整系數(shù)，也是為了防止連梁早于彎曲破壞發(fā)生剪切破壞。但是，和第一種墻肢發(fā)生剪切破壞相比，連梁發(fā)生剪切破壞時結(jié)構(gòu)尚未喪失承載能力，在墻肢破壞前，只要所考慮的連梁不承擔(dān)較大的豎向荷載，還不會造成結(jié)構(gòu)的倒塌。剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況。一種是連梁不屈服，墻肢首先發(fā)生彎曲破壞，這種墻在破壞時的極限變形較小。因此，對有抗震設(shè)防要求的建筑來說，它雖然是一種延性破壞，但吸收地震能量的能力是較低的。設(shè)計中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。延性破壞的第二種是連梁先屈服，最后是墻肢的屈服。當(dāng)連梁有足夠的延性時，它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時，通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使聯(lián)肢墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度。這是設(shè)計時應(yīng)首先考慮做到的。為了保證聯(lián)肢墻的延性要求，對連梁的延性要求是非常高的。因此，在設(shè)計高層建筑剪力墻時，必須十分注意保證連梁的延性要求。

　　以上主要從抗震的角度分析了聯(lián)肢墻的破壞機(jī)制。對于非抗震的情況，水平作用力主要是風(fēng)荷載。風(fēng)荷載是一種實實在在的荷載，不能通過結(jié)構(gòu)的塑性變形來減少風(fēng)荷載。但可以通過結(jié)構(gòu)的塑性變形將荷載分布到其他尚未屈服的構(gòu)件。通過內(nèi)力重分布提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力，避免由于個別構(gòu)件的破壞造成整個結(jié)構(gòu)喪失承載能力。因此，以上關(guān)于聯(lián)肢墻破壞機(jī)制的討論在非抗震設(shè)計中是同樣有意義的。

　　二、連梁設(shè)計中的幾個問題

　　在剪力墻結(jié)構(gòu)中，跨高比小于5的梁定義為連梁。連梁的兩端與剪力墻在平面內(nèi)連接。一端與剪力墻在平面內(nèi)連接，而另一端與剪力墻或梁在平面外連接，這種梁不能稱之為連梁，按一般梁設(shè)計，但是與剪力墻在平面內(nèi)連接的端應(yīng)按框架梁采取抗震構(gòu)造措施。連梁與框梁的最大區(qū)別就是，連梁不僅僅起到普通梁的作用，更是一個耗能構(gòu)件。

　　1.關(guān)于連梁剛度的折減

　　考慮對連梁的剛度進(jìn)行折減，是由于在側(cè)向荷載作用下，混凝土的開裂引起了剛度降低。在地震作用下，連梁的裂縫開展和塑性變形比在風(fēng)荷載作用下的更大，因此，剛度降低的更多。但是，剛度折減得越多，即折減系數(shù)越小，意味著設(shè)計荷載作用下裂縫開展得越大。在超載時，如發(fā)生強(qiáng)大的陣風(fēng)或地震烈度超過多遇地震烈度時，塑性鉸也會出現(xiàn)得更早，這就要求更加注意加強(qiáng)連梁的延性和使連梁符合“強(qiáng)剪弱彎”的要求。

　　《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第5.2.1條，高層建筑結(jié)構(gòu)地震效應(yīng)作用計算時，可對剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，不宜小于0.5。高層建筑結(jié)構(gòu)均采用彈性剛度采用整體分析，但抗震設(shè)計的剪力墻中的連梁剛度相對墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設(shè)計困難。因此，可考慮在不影響豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開裂（降低剛度）而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻上。通常，設(shè)防烈度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7），設(shè)防烈度高時可多折減一些（8、9度時可取0.5），折減系數(shù)不宜小于0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。計算地震內(nèi)力時，剪力墻連梁剛度可折減；計算位移時，連梁剛度可不折減。但是，兩者情況底部剪力應(yīng)相當(dāng)。在計算豎向荷載作用下的內(nèi)力時，對已經(jīng)考慮了調(diào)幅的連梁，不應(yīng)再考慮剛度折減。 在計算風(fēng)荷載時，連梁剛度不折減。跨高比比較大（比如大于5）的連梁，地震作用效應(yīng)比水平風(fēng)或水平地震作用效應(yīng)更為明顯，此時應(yīng)慎重考慮連梁剛度折減問題，必要時可不進(jìn)行連梁剛度折減，以控制正常使用階段梁裂縫的發(fā)生和發(fā)展。

　　2.連梁的計算模型輸入

　　跨高比大于2.5，小于5的連梁，可以按節(jié)點(diǎn)方式輸入電算模型，而跨高比小于2.5的連梁應(yīng)按墻體開洞的方式輸入。因為跨高比小于2.5的連梁協(xié)調(diào)墻肢的能力更大，更多的的剪切變形。需要注意的是，當(dāng)按按節(jié)點(diǎn)方式輸入時，應(yīng)檢查連梁的砼等級強(qiáng)度與剪力墻保持一致。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)計算中，當(dāng)連梁超限時，多數(shù)情況下是剪壓比超限，此時可以減低梁高、或采用雙連梁、多連梁的布置，還可以按剪壓比要求降低連梁剪力設(shè)計值及彎矩，并相應(yīng)調(diào)整剪力墻的墻肢內(nèi)力。

　　3.連梁的構(gòu)造要求

　　連梁頂面、底面縱向伸入墻肢長度不應(yīng)小于LaE，且不應(yīng)小于600mm。沿連梁全長箍筋應(yīng)的構(gòu)造應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第6.3.2條框架梁梁端箍筋加密區(qū)的箍筋構(gòu)造要求。連梁高度范圍內(nèi)的墻肢水平分布筋應(yīng)在連梁內(nèi)拉通作為連梁的腰筋。連梁截面高度大于700mm，兩側(cè)的腰筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于200mm�？绺弑炔淮笥�2.5，其兩側(cè)腰筋的總截面配筋率不應(yīng)小于0.3%。為了改善跨高比不大于2.5連梁的延性，可以采用交叉斜筋、集中對角斜筋、對角暗撐配筋方式。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50011-2010

　　[2] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50010-2010

　　[3] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ3-2010