摘要：在剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中,連接墻肢與墻肢,墻肢與框架柱的梁稱為連梁。連梁一般具有跨度小、截面大,與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。一般在風(fēng)荷載和地震荷載的作用下,連梁的內(nèi)力往往很大。此外,高層建筑中,由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮,會引起連梁兩端的豎向位移差,這也將在連梁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力。在設(shè)計時,即使采取降低連梁內(nèi)力的各種措施,如:增大剪力墻的洞口寬度在連梁中部開水平縫在計算內(nèi)力和位移時對連梁剛度進(jìn)行折減對局部內(nèi)力過大層的連梁進(jìn)行調(diào)整等,仍難使連梁的設(shè)計符合要求。基于這種情況,本文將提供連梁設(shè)計的幾個建議,并且討論連梁設(shè)計時的配筋計算。
關(guān)鍵詞：高層結(jié)構(gòu)連梁計算1 連梁的工作和破壞機理
在風(fēng)荷載和地震荷載作用下,墻肢產(chǎn)生彎曲變形,使連梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角,從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形,對墻肢起到了一定的約束作用,改善了墻肢的受力狀態(tài)。高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種,即脆性破壞(剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。連梁在發(fā)生脆性破壞時就喪失了承載力,在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時,各墻肢喪失了連梁對它的約束作用,將成為單片的獨立梁。這會使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低,變形加大,墻肢彎矩加大,并且進(jìn)一步增加Ｐ—Δ效應(yīng)(豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩),并最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌。連梁在發(fā)生延性破壞時,梁端會出現(xiàn)垂直裂縫,受拉區(qū)會出現(xiàn)微裂縫,在地震作用下會出現(xiàn)交叉裂縫,并形成塑性絞,結(jié)構(gòu)剛度降低,變形加大,從而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,使剪力墻保持足夠的剛度和強度。在這一過程中,連梁起到了一種耗能的作用,對減少墻肢內(nèi)力,延緩墻肢屈服有著重要的作用。但在地震反復(fù)作用下,連梁的裂縫會不斷發(fā)展、加寬,直到混凝土受壓破壞。
2 設(shè)計的建議
在墻肢和連梁的協(xié)同工作中,剪力墻應(yīng)該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載和風(fēng)荷載作用下,結(jié)構(gòu)應(yīng)該處于彈性工作狀態(tài),連梁不應(yīng)該產(chǎn)生塑性鉸。在地震作用下,結(jié)構(gòu)允許進(jìn)入彈塑性狀態(tài),連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。根據(jù)抗震設(shè)計規(guī)范總則的要求,建筑物在遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時,一般不損壞或不需修復(fù)仍可使用,當(dāng)遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震時,不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。因此,剪力墻的設(shè)計應(yīng)該保證不發(fā)生剪切破壞,也就是要求墻肢和連梁的設(shè)計符合強剪弱彎的原則,同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服,而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。
因此在實際工程中要使連梁設(shè)計滿足強剪弱彎的原則就必須考慮以下幾個方面:
21 關(guān)于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小,與之相連的墻肢剛度大等原因,在水平力作用下的內(nèi)力往往很大,連梁屈服時表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫,剛度減弱,內(nèi)力重分布。因此在開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計算時,就需對連梁剛度進(jìn)行折減。根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》第417條規(guī)定:“在內(nèi)力與位移計算中,所有構(gòu)件均可采用彈性剛度,在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中,連梁的剛度可予以折減,折減系數(shù)不應(yīng)小于055。”一般在實際設(shè)計中我們在055—1之間取值,以符合截面設(shè)計的要求.
22 加連梁跨度減少高度。在連梁設(shè)計中,剛度折減后,仍可能發(fā)生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況,這時可以增加洞口的寬度,以減少連梁剛度。減少了結(jié)構(gòu)的整體剛度,也就減少了地震作用的影響,使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限,則可采取調(diào)整連梁內(nèi)力來解決。調(diào)整的幅度不宜大于20%,且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。
23 增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度,其結(jié)果一方面由于結(jié)構(gòu)整體剛度加大,地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力增加,另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后,地震所產(chǎn)生的內(nèi)力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻,而是小于這個比例,因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。
24 提高混凝土等級�；炷恋燃壧岣吆�,結(jié)構(gòu)的地震作用影響增加的比例遠(yuǎn)小于混凝土受剪承載力提高的比例,有可能使連梁的受剪承載力不超限。
25 地震區(qū)高層建筑的剪力墻連梁,在進(jìn)行了上述調(diào)整后,仍有部分不符合承載力要求時,可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強剪弱彎”的要求,配置相應(yīng)的縱向鋼筋。此時,如果不能保證連梁在大震時的延性要求,應(yīng)重新計算整個結(jié)構(gòu),必要時調(diào)整結(jié)構(gòu)布置,使連梁的承載力符合要求。
上述各種措施中,在能滿足整體剛度的情況下,可先采用剛度折減,如仍超限可采用其余各種措施。
3 連梁的配筋計算
31 根據(jù)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工規(guī)程》,在連梁設(shè)計方面,對于連梁非抗震設(shè)計,抗震設(shè)計時跨高比大于25及小于25兩種情況,在截面受剪承載力及配筋方面均有不同規(guī)定。
在結(jié)構(gòu)計算時這類連梁往往發(fā)生受剪承載力的超限,這時可以將受力筋均勻布置,同時考慮到連梁以承載水平荷載為主,支座彎矩主要由水平荷載引起,在反復(fù)的水平荷載作用下支座截面上、下受拉筋面積相近,可以采用截面對稱配筋。在連梁配筋中,配置平行筋往往導(dǎo)致斜向受拉破壞或由于箍筋過量而發(fā)生剪切滑移破壞,這些破壞將導(dǎo)致連梁的滯回曲線變壞,耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服這些不足之處。
4 結(jié) 語
高層建筑剪力墻連梁的設(shè)計受很多因素的制約。連梁的內(nèi)力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關(guān)。因此在設(shè)計時,問題是比較復(fù)雜的,設(shè)計時要把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào),以取得比較理想的結(jié)果。
