浅析高层剪力墙中的连梁设计-论文网

摘要：在高层剪力墙结构结构中，连接墙肢与墙、墙肢与框架的部分就是本文所要叙述的连梁。跨度小、截面大、刚度大是连梁的一般特点。在一般的高层建筑中，连梁两端墙肢的压缩不均匀，这就会造成连梁两端的位移差，从而在连梁内就会产生内力。而且受风荷载和地震荷载双重作用下，连梁的内力就会比原有的大很多。文章对高层剪力墙中的连梁的工作和破坏原理，以及其设计进行论述。
关键词：高层结构；破坏原理；强剪弱弯；连梁计算
一般建筑物不同程度的受到地震的影响，更何况高层建筑的高度又比较大，就更容易受地震作用的影响。对此，应采用三水准设防的思想来设计抗震结构，让其延性够长。一般在剪力墙结构中，在遇到地震时连梁要更早的过渡到弹塑性阶段，以确保墙肢处于弹性阶段，以达到防震抗震效果。
一、连梁的工作和破坏机理
在高层建筑中，由于受风荷载和地震荷载的双重作用,剪力墙墙肢就会弯曲变形,连梁就会形成一个转角,这时连梁就会产生内力。同时,连梁两端的弯矩、剪力和轴力又会限制墙肢的内力和变形,其受力状态就会得到改善。在水平荷载作用下的破坏下高层建筑剪力墙中的连梁一般分两类,一是脆性破坏，二是延性破坏。
1、连梁在发生脆性破坏时，这时连梁就丧失了其原有的承载力,所有连梁都会遭到剪切破坏,同时，连梁对各墙肢也没有了约束力而成为单一的独立梁。这就降低了高层建筑的结构的侧向刚度, 加大其变形,墙肢弯矩也被加大,最后就造成结构的倒塌。
2、连梁在发生延性破坏时,连梁两端就会产生垂直性的裂痕, 微裂缝就会慢慢出现在受拉区会,加上地震作用，这时裂缝就会变成交叉裂缝,并形成塑性铰, 降低了结构刚度, 加大其变形, 地震能量就会被大量的吸收。通过塑性铰就进行继续传递弯矩和剪力,这样同样对墙肢起到相对的限制效果,剪力墙就能保持足够的刚度和强度。在这一过程中,连梁减少墙肢内力，延缓墙肢的屈服，起到了一种耗能的作用。如果受地震反复作用下,连梁的裂缝就会不断发展扩大,直到混凝土受压破坏。
一、设计的建议
拥具有足够的刚度和强度是墙肢和连梁的协同工作中必备的。在正常的荷载和风荷载作用下，高层结构一般是处于弹性工作状态，这时的连梁也不会产生塑性铰。如果受地震作用，高层结构可以过渡到弹塑性状态，塑性铰就会在连梁中产生。只要结构是达到抗震设计规范标准，在遇到低于本地区设防烈度的地震影响时，建筑物也不会被损坏或需修复，其仍可正常使用，即便在遇到高于本地区设防烈度的强烈地震时，也不会导致倒塌或发生危及生命的严重影响。所以，剪力墙的设计应根据强剪弱弯的原则来设计墙肢和连梁，这样才能确保剪切破坏的情况不会发生；同时要求连梁的弹塑性状态要早于墙肢，并且墙肢和连梁都要具有良好的延性。所以，在实际建筑工程中，只有考虑以下几个方面才能满足强剪弱弯的原则
（一）连梁刚度的折减
通常在水平力的作用下产生的内力就比较大，加上连梁跨高小，与之相连的墙肢刚度大等特点，才使得连梁在屈服时其刚度减弱，两端出现裂痕。所以，在对整体结构的计算时，要折减连梁的刚度。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第5.1.2条规定“：在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不应小于0.5。”一般在实际设计中在0.55～1.0之间取值，以符合截面设计的要求。
（二）加连梁跨度减少高度
在计算过程中虽然已对其刚度折减,但梁连正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况还是可能会发生,这，可以通过增加洞口的宽度的方法,来降低连梁刚度。使得整体结构的刚度都减少,同时也减少了地震作用的影响,让连梁的承载力不超过其限度。如果有部分连梁超限,这时就可以调整连梁内力的方法来解决，但连梁还是得满足“强剪弱弯”的要求。且其调整的幅度不能大于20%。
（三）增加剪力墙厚度
一般连梁的高跨比较小,所以,在连梁抗弯能力达到最大承载能力并在产生塑性铰之前, 其最大受剪承载能力就会低于其剪应力。这时的连梁斜截面受剪承载力就只跟材料的强度等级和连梁宽度有关。所以,如果在连梁斜截面承受不了剪承载力时,可增加剪力墙的厚度,也就是增加连梁的截面宽度,这就会引起两方面的效果：一方面地震作用所产生的内力是随着结构整体的刚度加大而增加, 另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加会同时进行。在通过增加剪力墙厚度后，地震所产生的内力就按照小于墙厚增加的比例进行，才能使连梁的受剪承载力不超过限制。
（四）连梁的内力调幅
连梁的内力调幅是为了降低剪力设计值而对连梁弯矩与剪力进行塑性调幅。塑性调幅一般使用两种方法：一是在对连梁刚度进行折减内力要赶在其计算前,二是对连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数是在内力计算之后。这两种方法所达到的效果都是减小连梁内力和配筋。无论采用这两种方法中的任何一种,连梁都要保证被调整后的弯矩、剪力设计值不能低于使用状况的值,也不宜低于比设防烈度低的地震组合所得的弯矩设计值,这样才能防止正常使用条件下或较小的地震作用下连梁会产生裂缝的现象。
（五）提高混凝土等级
提高混凝土等级, 这时混凝土所受剪承载力提高的比例就会远远高于结构的地震作用影响增加的比例,才有可能保证连梁的受剪承载力不超限。
二、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，抗震设计时跨高比就会分为两种情况：一种是大于2.5；一种是小于2.5。在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限，这时可以将受力筋布置均匀，同时还需考虑到连梁要以承载水平荷载为主。水平荷载会起支座弯矩，在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近，就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。
三、结语
连梁一般具有跨度小、截面大、刚度大等特点。高层建筑剪力墙连梁的设计易受很多因素的影响。在风荷载和地震荷载的双重作用下,会加大连梁的内力。此外,连梁的刚度会影响整体建筑刚度的大小,在进行计算时,经常会出现满足了连梁的承载力的要求,就会满足不了其他的计算结果相关规范的要求。所以, 要兼顾结构的整体抗震性能来进行连梁设计，这样才能在合理的结构形式上从根本上解决结构设计中所遇到的问题。
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