高層剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)的探討

【關(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu)；連梁破壞；連梁設(shè)計(jì) 

　　一、剪力墻和連梁在地震作用下的破壞形式 

　　剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁受到彎矩、剪力和軸力的共同作用，在風(fēng)荷載和地震力作用下（主要是地震力作用），墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使連梁兩端的彎矩方向相反，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力；同時(shí)連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過(guò)來(lái)減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對(duì)墻肢起到了一定的約束作用。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(huì)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(jì)所應(yīng)該絕對(duì)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(jí)為一、二級(jí)時(shí)抗震墻底部加強(qiáng)部位剪力設(shè)計(jì)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(huì)使聯(lián)肢墻各墻肢喪失連梁對(duì)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(shí)，聯(lián)肢墻的各墻肢將成為單片的獨(dú)立墻，這會(huì)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大大降低，墻肢彎矩加大�？拐鹨�(guī)范里規(guī)定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)連梁端部剪力設(shè)計(jì)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(shí)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(huì)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(shí)的極限變形較小。因此，對(duì)有抗震設(shè)防要求的建筑來(lái)說(shuō)，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(jì)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(shí)，它能通過(guò)塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時(shí)，通過(guò)塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮做到的。為了保證聯(lián)肢墻的延性要求，對(duì)連梁的延性要求是非常高的。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑剪力墻時(shí)，必須十分注意保證連梁的延性要求。 

　　二、連梁設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題 

　　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(qiáng)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)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。因此，墻肢和連梁的設(shè)計(jì)應(yīng)符合強(qiáng)剪弱彎的原則，同時(shí)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。使連梁設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)剪弱彎的原則可以考慮以下幾個(gè)方面： 

　　1.采用適當(dāng)?shù)慕孛嫘问剑�合理控制連梁的跨高比。跨高比的大小決定連梁變形能力的大小，一般認(rèn)為當(dāng)連梁跨高比大于2時(shí)，連梁具有較好的變形能力。同時(shí)為保證連梁對(duì)墻肢的有效約束，連梁應(yīng)具備足夠的承載力，連梁截面高度也不宜小于400mm。對(duì)于帶水平縫連梁，為使上下截面具有相同的變形能力，其截面尺寸宜相同，且高度不宜小于300mm。帶水平縫連梁可以有效增大連梁跨高比，同時(shí)連梁的承載力不但沒(méi)有降低，而且其變形能力和耗能能力均有大幅度提高，是一種比較理想的水平耗能構(gòu)件。 

　　2.考慮翼緣板內(nèi)鋼筋對(duì)連梁彎曲承載力的增大作用。這是一個(gè)很容易被忽視的問(wèn)題，但它會(huì)使連梁由設(shè)計(jì)意愿的“強(qiáng)剪弱彎”構(gòu)件變?yōu)閷?shí)際的“強(qiáng)彎弱剪”構(gòu)件，從而使連梁由延性的彎曲破壞變成脆性的剪切破壞。因此，應(yīng)根據(jù)連梁翼緣板內(nèi)的配筋情況，調(diào)整連梁的縱筋配置，使連梁兩向彎曲承載力相等或接近，而不應(yīng)簡(jiǎn)單地采用習(xí)慣上的連梁截面上下對(duì)稱配筋。 

　　3.合理控制連梁配筋，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)中的超筋、超限連梁，相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單地認(rèn)為，在不超過(guò)最大配筋率的情況下將連梁鋼筋盡可能配大一些是有利的，實(shí)際上這是一種錯(cuò)誤的看法。這不但不經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)建筑物抗震也是有害的。合理的最大配筋應(yīng)由連梁截面最大剪力設(shè)計(jì)值控制。 

　　4.剛度折減和減小高度：連梁由于跨高比小，而與之相連的墻肢剛度較大，最水平力作用下的內(nèi)力往往很大，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，需要對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。《高規(guī)》第5.2.1規(guī)定，連梁剛度折減系數(shù)不宜小于0.5。通常，設(shè)防烈度低時(shí)可以少折減，6度、7度時(shí)可以取0.7，8度、9度時(shí)可取0.5。也可在內(nèi)力計(jì)算后再將連梁彎矩和剪力進(jìn)行折減。剛度折減后，仍可能發(fā)生連梁受彎或受剪承載力不夠的情況，這時(shí)可以增加洞口的高度，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。 

　　5.連梁的塑性調(diào)幅：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(lái)解決，調(diào)整的幅度一般不宜大于20%�！陡咭�(guī)》第7.2.26條第2款指出抗震設(shè)計(jì)的剪力墻中連梁彎矩及剪力可進(jìn)行塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計(jì)值。連梁調(diào)幅后的彎矩和剪力設(shè)計(jì)值都不應(yīng)低于使用狀況的值，也不宜低于比設(shè)防烈度低1度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，以避免在正常使用狀況或小震 作用下連梁開(kāi)裂。 

　　6.對(duì)個(gè)別連梁采用多道設(shè)防方法：對(duì)于連梁經(jīng)過(guò)各種調(diào)整后仍然超筋時(shí)，可以假定連梁大震下破壞，不能約束墻肢，這時(shí)可考慮剪力墻的第二道防線�！陡咭�(guī)》7.2.26條第3款指出當(dāng)連梁破壞對(duì)承受豎向荷載無(wú)明顯影響時(shí)，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。這時(shí)情況會(huì)使墻肢的內(nèi)力加大，以保證其安全。 

　　7.構(gòu)造措施：由于連梁的跨高比都較小，容易出現(xiàn)剪切斜裂縫，除了采取減小其名義剪應(yīng)力，加大箍筋配置的措施外，《高規(guī)》7.2.27條還規(guī)定了鋼筋錨固、箍筋加密區(qū)范圍、腰筋配置等特殊要求。對(duì)于跨高比小于2的連梁，對(duì)剪切變形更加敏感，此時(shí)普通的抗剪設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致梁的斜拉破壞，不利于結(jié)構(gòu)的能量耗散。為了使這類連梁達(dá)到一定程度上的有限延性，可通過(guò)附加斜向交叉鋼筋，使得連梁能夠承受較大的變形。 

　　三、結(jié)語(yǔ) 

　　分析各種震害后所總結(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，要設(shè)置多道抗震防線，即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，這樣剪力墻連梁即可充當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震防線。因此，合理的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)性影響重大，應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)分析比較，綜合考慮多方面因素對(duì)連梁的變形能力、破壞形式和耗能能力的影響，并在保證延性的同時(shí)合理控制連梁剛度。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2010 北京. 

　　[2] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2011北京. 

　　[3] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）中國(guó)建筑工業(yè)出版社2011北京. 

　　[4] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析 朱丙寅 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2011北京.