关于结构设计中的连梁刚度的探讨

    摘要：剪力墙结构中的连梁，在连接刚度很大的墙肢时，在水平力的作用下，将产生很大的弯矩和剪力。由于连梁的宽度和截面等厚，一般都较小，使得连梁的截面尺寸和配筋都难以满足要求，本文对结构设计中的连梁刚度作一深入探讨和总结。
　　    关键词：连梁连梁刚度连梁刚度折减系数
　　     在墙肢和连梁的协同工作中,剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下,结构应该处于弹性工作状态,连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下,结构允许进入弹塑性状态,连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求,建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不损坏或不需修复仍可使用,当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此,剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏,也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则,同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服。
　　    因此在实际工作中，要使连梁满足强剪弱弯的原则，就必须考虑以下几个方面：
　　关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小,与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱,内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第417条规定:“在内力与位移计算中,所有构件均可采用弹性刚度,在框架—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。”一般在实际设计中我们在0.55-1之间取值,以符合截面设计的要求.连梁刚度折减系数主要是指那些与剪力墙一端或两端平行连接的梁，由于梁两端往往变位差很大，所以很可能出现超筋，这就要求在连梁进入塑性状态后，允许其卸载给剪力墙，而剪力墙的承载力往往很大，因此这样的内力重分布是可以的，一般取0.55～0.7。对跨高比≥5的连梁，刚度不折减。连梁定义在“特殊构件定义”中，程序把两端部与剪力墙相连，且至少在一端与剪力墙轴线的夹角部大于250的梁隐含定义为连梁。
　　    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。
　　    3增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大,地震作用产生的内力增加,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后,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,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。
　　    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。
　　地震区高层建筑的剪力墙连梁,在进行了上述调整后,仍有部分不符合承载力要求时,可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求,配置相应的纵向钢筋。此时,如果不能保证连梁在大震时的延性要求,应重新计算整个结构,必要时调整结构布置,使连梁的承载力符合要求。
　　上述各种措施中,在能满足整体刚度的情况下,可先采用刚度折减,如仍超限可采用其余各种措施。
　　在一般剪力墙中，可采用降低连梁弯矩设计值的方法，使部分连梁先于墙肢出现弯曲屈服，降低连梁屈服弯矩的同时也降低了连梁的剪压比，可改善连梁的延性性能，进行连梁弯矩调幅有两种方法：1.按连梁弹性刚度计算内力和位移，将计算得到的连梁弯矩组合值乘以调幅系数，直接降低连梁弯矩设计值。2.在进行结构弹性计算时，将连梁刚度进行折减，就可减少连梁的弯矩和剪力值。规程中规定折减系数不小于
　　0.5。无论采用哪种方法进行连梁内力调幅，连梁的受弯钢筋都会减少，都会提前出现裂缝并提前屈服。应当明确的是，既然要求连梁在正常使用荷载下不能出现裂缝，更不能屈服，连梁的内力调整不能低于风荷载下的内力，也不能低于小震下的内力，也就是说当设防烈度为9度和8度，而风荷载又不大时，连梁弯矩调幅幅度可大一些，设防烈度为7度时，或风荷载较大时，连梁弯矩的调幅幅度要小一些，如果从连梁弹性刚度所得的连梁弯矩直接折减，折减系数分别不宜小于0.6（8、9度）和0.8（7度），因此建议，在一些由风荷载控制设计的剪力墙结构中，连梁弯矩不宜折减。
　　    8连梁的配筋计算
　　    根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》,在连梁设计方面,对于连梁非抗震设计,抗震设计时跨高比大于2.5及小于2.5两种情况,在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。
　　    在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限,这时可以将受力筋均匀布置,同时考虑到连梁以承载水平荷载为主,支座弯矩主要由水平荷载引起,在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近,可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中,配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏,这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏,耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服这些不足之处。
　　    高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时,问题是比较复杂的,设计时要把互相制约的因素统一协调,以取得比较理想的结果。
　　