高层建筑剪力墙连梁设计探析

司友深

河南省建筑设计研究院有限公司 河南郑州 450000

摘要：剪力墙结构是高层建筑中常见的结构形式，剪力墙连梁是连接梁和剪力墙的重要结构，具有梁截面比大，跨度比小等优点，在高层建筑剪力墙结构中起着重要的作用，本文正是对高层建筑剪力墙中的连梁设计进行了研究。

关键词：高层建筑；剪力墙；连梁设计

1、高层建筑剪力墙中连梁的工作和破坏机理

众所周知，钢筋混凝土的破坏形式可分成两种：脆性破坏和延性破坏。此外，高层建筑联肢墙在水平力和风荷载作用下的破坏形式同样可以分成两种：脆性破坏和延性破坏，这里的脆性破坏也可以称作剪切破坏，而延性破坏就称为弯曲破坏。

在高层建筑剪力墙中联肢墙的脆性破坏也可以分为两种，一种破坏是发生在墙肢，另外一种则是连梁先屈服，然后就是墙肢的屈服。墙肢破坏中，墙肢之所以发生脆性破坏主要是因为其抗剪能力不足造成的，由于其抗剪能力比较小，其剪力墙就失去了承载力，因此就造成了墙肢发生脆性破坏。这种形式的破坏，在高层建筑剪力墙中的连梁设计中是可以避免的。脆性破坏的另外一种形式就是连梁的脆性破坏，连梁一旦发生脆性破坏就会使联肢墙各墙肢丧失连梁对墙肢的约束作用。此外，为了防止高层建筑的墙肢在发生弯曲破坏之前就发生脆性破坏，在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）就明确的规定了抗震等级为一、二级时抗震墙底部加强部位剪力设计值和抗震墙截面的剪压比限值放大系数

在高层建筑剪力墙中连梁的延性破坏也可以分为两种情况，一种破坏形式是连梁不发生屈服现象。墙肢发生的是弯曲破坏，其剪力墙在破坏形式下其产生的极限变形是比较小的，所以，对于那些有抗震设防要求的高层建筑来说，它虽然是一种延性破坏，但是吸收地震能量的能力还是比较低，在其连梁的设计中是可以避免这种现象的出现。另外一种破坏形式则是连梁先屈服，然后就是墙肢的屈服。在这个破坏形式中受拉区则会出现比较细小的裂缝，且梁端也会出现一些垂直裂缝，此外，在地震作用下还会出现一些交叉裂缝，并且形成塑性铰，此时结构的变形就会变大，刚度就会下降，使得大量的地震能量都被吸收，此外，剪力和弯矩的传递还能继续通过塑性铰进行，使得剪力墙的刚度和强度能保持足够大，在这个破坏过程中，连梁的主要作用是耗能、延缓墙肢屈服使墙肢内力不断减少，但是一般在反复作用下，其高层建筑剪力墙中的连梁裂缝就会不断的变宽、增多，一直持续到混凝土出现受压破坏。

2、关于连梁设计的相关建议

在高层建筑剪力墙结构中，连梁和墙肢是协调工作的，在这个结构中，剪力墙的强度和刚度是要满足相关要求的。一般在风荷载和正常使用荷载的作用下，该结构的状态是弹性状态，在这种状态下，连梁是不会产生塑性铰的。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的要求，高层建筑在遇到比当地设防烈度还低的多遇地震影响时，其一般是不会产生破坏的，即便是产生的损坏也是不需要修复，仍然可以继续使用。当遇到比当地设防烈度高的罕遇地震时，其产生的破坏比较严重，可能就会危及到生命安全。所以，在对高层建筑设计时，其连梁和墙肢的设计要满足“强剪弱弯”的要求，这主要是保证剪力墙不会发生延性破坏，此外，在设计中连梁和墙肢必须要有较好的延性，同时还需要保证墙肢的屈服比连梁的屈服要晚。所以，实际的高层建筑剪力墙中的连梁设计时一般都需要下列几个因素考虑其中：

1）折减连梁的刚度。高层建筑中的连梁由于其自身特点，其在水平力的作用下产生的内力是比较大的，连梁发生屈服时，其刚度就会逐渐变小，内力也会出现重分布现象，连梁的两端也会出现一些裂缝。所以，在对高层建筑剪力墙连梁设计时就需要将结构的整体计算出来，对连梁的刚度进行折减。在实际高层建筑中连梁的设计一般取值是在0.55到1之间，这主要是为了符合截面设计的要求。对于那些以风荷载为主要控制因素的高层建筑，其折减系数就应该取较大点的数值，此外，在对竖向荷载内力计算时不需要再将其刚度折减考虑进去，因为在计算时已经将连梁的调幅考虑进去了。

2）减小连梁高度，增大连梁跨度。在高层建筑剪力墙连梁设计中，在对其刚度进行折减之后，其连梁的斜截面受剪承载力或正截面受弯承载力不足的现象仍然可能会发生，在此时为了减少连梁的刚度可以采取洞口宽度增加的方式。连梁的整体刚度减小，不仅仅可以使连梁的承载力满足要求，而且还可以大大的建少地震作用产生的影响。如果高层建筑中只是少部分的连梁超限或者超筋，那么就可以采用连梁内力调整方式进行调整，但是其调整的幅度不能超过20%。此外，连梁需要满足“强剪弱弯”的要求。

3）增加剪力墙厚度。由于增大结构整体刚度，其结构在地震作用下的内力也会不断增加，此外，连梁的受剪承载力和宽度的增加成正比，这就需要增加连梁的截面宽度。由于增加剪力墙厚度，其地震所产生的内力就不会按剪力墙增加的比例来分给该区域的剪力墙。

4）混凝土等级的提高。在提高混凝土等级之后，其混凝土的承载力会不断的提高，其提高的比例比起结构地震作用影响增加的比例还要大，这样就会使连梁的承载力满足要求。

5）提高延展性能。根据相关调查發现，在发生地震时，连梁延展性是保护建筑物不受地震破坏的主要结构，由此可见，提高连梁的延展性能是十分重要的。此外，在对连梁进行设计时，要考虑连梁所承受的内力不仅仅需要在规定的范围之内，而且还要满足其建筑结构合理构造，连梁延展性提高的最有效的措施就是使用交叉斜筋。为了在一定程度上保证连梁的延展性，就需要将交叉斜筋配置在连梁内部。

6）调整连梁截面高度。当高层建筑连梁剪应力比设定的限制值比较高的时，此时是不能增加截面高度，主要是因为增加截面高度，其剪应力就会随之增大，其建筑的稳定性就会变差。在截面经调整之后其高度变小之后，此时连梁的刚度也会随之下降，就能保证承载力不高过限制值，其地震作用产生的不利后果就能得到控制。增加过梁，降低连梁高度这是一种比较实用的方法，这种方法使得过梁的两端嵌在剪力墙中，能与剪力墙同时浇筑，大大方便了工程是施工。此外，还需要用砌块将剪力墙与连梁之间的空隙填补好。在采用这种方法时连梁的高度设置要合理，不过过大，也不能过小。连梁高度过大，建筑物的稳定性就会下降；连梁高度过小，就不能将过多的能量给消耗掉，墙肢的损害程度也不能降低。

3、结束语

综上可知，在上述所有措施中，在结构整体刚度满足的条件下，刚度折减措施可以优先采用，如果采用刚度折减措施其仍然出现超限的现象，此时再考虑其它的处理措施。由此可见，在进行高层建筑剪力墙连梁设计时，要根据工程的特点，结合实际情况，充分了解和掌握其工作和破坏机理后，再对其进行设计。

参考文献：

[1]刘准.高层建筑剪力墙中连梁设计及配筋计算之我见[J].黑龙江科技信息.2008（10）

[2]冯运琴.高层建筑剪力墙结构连梁设计中的问题[J].科技资讯.2013（18）

[3]刘满红，王东波.对剪力墙结构中连梁设计问题的讨论[J].山西建筑.2012（06）

[4]朱文刚，曲永嘉，刘宁.高层结构剪力墙中连梁设计和配筋计算问题[J].科技致富向导.2008（14）