高層建筑剪力墻結構連梁設計中的問題

摘 要：近年來，高層建筑的不斷增加，作為高層建筑的一個重要組成部分的連梁剪力墻結構，是墻的應力傳遞紐帶的一個重要環節之間的耦合強度、剛度、延性等特性均會對剪力墻的性能產生直接影響。本文將針對高層建筑剪力墻結構連梁的合理設計進行探討。

關鍵詞：高層建筑 剪力墻 結構 連梁設計

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0059-02

1 連梁在剪力墻結構中的作用

剪力墻中的連梁通常梁高較大，跨度卻相對較小，剪力墻結構在高層民用建筑中采用，連梁跨高比小于2.5，有時甚至接近1。這種連梁的受力性能不同于垂直荷載下的深梁，在水平荷載下其與墻肢相互作用，產生的約束彎矩和剪力在梁的兩端方向相反且力較大，可能會使梁產生較大的剪切變形，使之出現斜裂縫；同時，在高層建筑中，由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮，也會使連梁產生內力。在結構設計中，即使采取在連梁中部開水平縫；剪力墻洞口寬度增加；對局部內力過大的連梁進行調整；在內力和位移計算梁的剛度降低，降低連梁措施的內在力量，是使梁的截面設計依據與相關的要求非常困難。

較理想的剪力墻極限狀態應是：第一次出現在某層連梁兩端出現塑性鉸，然后逐漸擴展，直到連梁兩端壁底前塑性，塑性鉸的出現，而其他部分的壁保持彈性，這樣對最大限度地發揮結構抗震能力作用明顯因此，在設計的剪力墻結構中，增加連梁的延展性是關鍵，應使其在理想的機構中滿足需要，同時，有效增加墻肢底部的承載能力，并對該處的混凝土截面進行足夠的約束。

2 高層建筑聯肢剪力墻的破壞機理

在水平剪力墻高層建筑的耦合作用下，會產生兩種破壞模式，即脆性破壞（也被稱為剪切破壞）和延性破壞（也稱為彎曲破壞）。

常見的聯肢剪力墻脆性破壞有兩種情況。一種情況是脆性破壞發生于墻肢。墻肢由于抗剪的能力不夠而發生剪切破壞，導致快速的抗剪承載力的損失，甚至導致結構的突然崩潰，這是設計時必須要加以避免的。另一方面，即使連梁剪切破壞。連梁發生剪切破壞會使連梁喪失對聯肢剪力墻各墻肢的約束作用，在沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞時，聯肢剪力墻的各墻肢將成為單片的獨立墻，這會極大地降低結構的側向剛度，使墻肢彎矩加大。連梁發生剪切破壞時，結構尚未喪失承載能力，因此，在墻肢破壞前，只要連梁不承擔豎向荷載較大，它是不太可能導致建筑物的倒塌。

聯肢剪力墻的延性破壞，又可以分為兩類。一個是連梁先屈服，墻肢隨后屈服。另一個是連梁不屈服，墻肢首先發生彎曲破壞。在這種情況下，在極限變形損傷小，建筑物的抗震要求，盡管這是延性破壞，但吸收地震能量的能力低，盡量避免這種情況的發生。

當連梁有足夠的延性時，它可以通過塑性鉸的能量的變形吸收了大量的能量。同時，通過塑性鉸傳遞彎矩和剪力，這能對墻肢起到一定約束作用，使聯肢剪力墻保持足夠的剛度和強度。這是結構設計中需要考慮的問題，為了有效地發揮其性能。為了滿足對梁的延性剪力墻延性的要求，對連梁的延性要求是非常高的。因此，在設計高層建筑剪力墻，應注意保證連梁的延性。

3 連梁設計中幾個問題

基于連梁在高層剪力墻結構中的作用，在連梁設計時，為了解決截面或降低內力應采取一些必要的措施。

（1）關于連梁剛度折減的問題。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力往往很大，設計時難以解決。由于相關設計規范中沒有明確對考慮抗震和不考慮抗震時的取值范圍加以明確，也沒有對不同荷載情況加以說明。所在，設計過程中為了解決連梁截面設計的問題，就在規范規定的1～0.55的范圍內任意取值，以符合截面設計的要求。

需要注意的是，之所以考慮對連梁剛度進行折減，是因為在側向荷載作用下，剛度會因混凝土的開裂而降低。在外力作用下，連梁裂縫開展與塑性變形比風荷載作用下更大，剛度降低也就更多。這就要求更加注意加強連梁的延性和使連梁符合“強剪弱彎”的要求。

對于以地震作用為控制因素的建筑中，則可取較小的剛度折減系數。但為了保證連梁的延性要求，此剛度折減系數不應小于0.55。而對于以風荷載為控制因素的建筑中，為了避免連梁在使用荷載作用下裂縫開展過大，剛度折減系數應取較大值。此外，當在設計豎向荷載作用下的內力時，對已經考慮了調幅的連梁，則不應再考慮剛度折減。

（2）在內力和位移的計算，對不同情況下的兩種不同的豎向荷載和水平荷載。在豎向荷載作用下，降低耦合梁的剛度，減小梁支座彎矩可以通過支持彎矩調幅。在水平荷載作用下，連梁剛度會降低，風荷載時，不小于0.8的折減系數。

（3）用于控制高層建筑的風荷載，如果梁正截面剛度降低，仍然發生耦合梁的斜截面受剪承載力不彎曲或力，不能進行調整，但應采取增加剪力墻的數量，以減少每一塊墻水平力增加；剪力墻的厚度，以提高梁正截面承載力；截面高度減小或與連梁中部開水平縫，以減少梁的剛度；增加孔，以增加梁的跨度梁內力的方法，符合部分設計要求。

4 結語

在高層建筑中連梁的設計中影響因素很多，建筑要求、連梁的剛度、高跨比、墻肢的內力、墻肢的剛度等均可能產生影響。因此，在設計中應根據“強墻弱梁”的設計原則，同時，按照“強剪弱彎”的設計連梁，以避免結構損傷的發生。然后考慮其他因素，為了達到理想的結果。

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