論高層建筑剪力墻結構的連梁設計

徐思燕

摘 要：在高層建筑剪力墻構造與框架中，連接墻肢和墻肢，墻肢和框架柱的梁稱為連梁。在高層建筑中連梁剪力墻關鍵是起著連接支撐的功能，相對建筑截面相對大，跨越度相對小。高層建筑水平受力大時，連梁的內力支撐變大，連梁容易受到破壞，因此高層建筑對連梁的剛度要求非常高。本文主要分析了高層建筑剪力墻的連梁設計 。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；連梁設計

1 引言

高層建筑的中心結構之一是剪力墻結構，剪力墻結構的連接墻體部分是連梁。其高度寬度比較大，其承載能力要求相對高。一般在風荷載與地震荷載狀況下，剪力墻的內力作用常常非常大，因此剪力墻的抗震抗風能力也是設計的核心。相關剪力墻構造中連梁的設計，需要考慮許多原因的影響，連梁設計的合理性，將直接影響到剪力墻的安全功能，所以怎樣合理科學的設計連梁構造，需要實施系統的分析研究。

2 在剪力墻結構中連梁的作用

剪力墻中的連梁一般梁高相對大，卻比較小的跨度，在高層建筑中使用剪力墻結構，連梁小于2.5的跨高比，有時甚至接近1。這種連梁的受力功能跟垂直荷載下的深梁不同，在水平荷載下其和墻肢互相作用，形成的約束彎矩與剪力在梁的兩端相反的方向而且相對大，也許會讓梁形成相對大的剪切變形，讓其發生斜裂縫；同時，在高層建筑中，因為連梁兩端墻肢的不均勻壓縮，也會讓連梁形成內力。在構造設計中，就算使用在連梁中部開水平縫；增加剪力墻洞口寬度；對部分內力太大的連梁實施調整；在內力與位移計算梁的剛度降低，使連梁措施的內在力量降低，是讓梁的截面設計根據和有關的要求特別困難。

相對理想的剪力墻極限狀態應是：第一次發生在某層連梁兩端產生塑性鉸，之后漸漸擴展，直至連梁兩端壁底前塑性，塑性鉸的發生，而其他部分的壁保持彈性，這樣對最大限度地發揮構造抗震能力作用明，所以，在設計的剪力墻構造中，增加連梁的延展性是重點，要讓其在理想的機構中滿足需要，同時，使墻肢底部的承載能力有效的增加，并對這處的混凝土截面實施足夠的約束。

3 連梁的受力機理及破壞形式

水平荷載作用時，墻肢形成彎曲變形，讓連梁端部形成轉角，從而讓連梁形成內力，同時連梁端部的剪力、彎矩與軸力又反過來使墻肢的內力與變形減小了，對墻肢起到一定的限制作用，使墻肢的受力狀態得到了改善。

在地震作用下，連梁也許會由于承載力超限而破壞。連梁破壞有2種狀況：首先是脆性破壞就是剪切破壞；其次是延性破壞，就是彎曲破壞。彎曲破壞又能分為彎曲滑移型破壞與彎曲剪切破壞。剪切破壞是一種突然出現而沒有預先警告的破壞方式，連梁出現剪切破壞就使抗剪與抗壓能力喪失了。假如沿墻高的所有連梁都產生了剪切破壞，各墻肢就成為了單片懸臂墻，造成降低了墻肢的側向剛度，加大變形，增加彎矩，最后威脅到結構的安全。

4 有關高層建筑中剪力墻連梁設計的幾點建議

4.1 對連梁剛度折減

我們知道連梁的跨高比不大，而受到墻肢剛度相對大等因素的影響，連梁的內力相對大，從而容易造成梁端發生裂縫，內力實施重新分布，所以在對結構實施內力計算時，需要對連梁剛度實施折減。依據《高層建筑混凝土結構技術規程》中的條款規定“在內力和位移計算中，抗震設計的框架—剪力墻或剪力墻構造中的連梁剛度能給予折減，不能小于0.5”的折減系數。

4.2 加連梁跨度減少高度

在設計連梁中，剛度折減后，依然也許會出現連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的狀況，這時能夠增加洞口的寬度，以讓連梁剛度減少。使結構的整體剛度減少了，也就使地震作用的影響減少了，讓連梁的承載力有可能不超限。假如只是一些連梁超筋或超限，則能使用調整連梁內力來解決。不能大于20%的調整幅度，而且連梁一定滿足“強剪弱彎”的要求。

4.3 連梁的內力調幅

把連梁彎矩和剪力實施塑性調幅，以使剪力設計值降低。塑性調幅能使用2種方法，首先是在計算內力前實施折減連梁剛度，其次是在計算內力以后，把連梁彎矩與剪力組合值乘以折減系數。兩種方法的效果都是使連梁內力與配筋減小。然而在計算結構中已對連梁實施了剛度折減的連梁，其調幅區域要限制或不再進行調整。當一些連梁降低彎矩設計值后，要相應提高其余位置連梁與墻肢的彎矩設計值。不管使用哪種方法，連梁調整后的彎矩、剪力設計值不能低于應用情況的值，也不能低于比設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，以避免在正常應用條件下或相對小的地震作用下連梁發生裂縫。

4.4 連梁超限、超筋

（1）加大洞口寬度，增加連梁的跨度。（2）降低連梁剛度，考慮在水平力作用下，連梁因為開裂而降低剛度，所以在實施彈性內力分析時，連梁剛度合理的降低。連梁6、7度的剛度折減系數時能取0.7，8、9度時能取0.5，并不能小于0.5，以確保連梁承受豎向荷載的能力。降低連梁剛度，內力轉移到墻體上，然而要注意折減系數不能小于在平時應用荷載作用下的內力，也就是說在豎向荷載與風荷載功能下的內力，尤其是風荷載相對大的區域。不然平時連梁也許會開裂，影響正常應用，在這種狀況下，我們能夠考慮不折減連梁剛度，并依照設防烈度6度的狀況實施驗算。（3）墻體厚度的增加，也就是增加連梁的寬度，而增加墻厚所形成的地震力不依照墻厚比例分配給墻體，而是小于這個比例，因此承載力不超限。（4）提升混凝土強度等級，混凝土等級和結構抗剪強度相關，提升混凝土的等級能夠使結構的抗剪強度提高，增加彈性模量，所以能夠避免連梁超限。（5））設置成雙連梁，使用在連梁中部設置水平縫的方法，把整個截面高度的連梁分割成2個截面高度一樣的小截面連梁，就是連梁依照抗剪截面相等的原則等效。等效后寬度為小截面連梁寬度2倍，相等的高度和小截面連梁。（6）處理連梁的鉸接。當連梁的破壞不會直接影響到承受豎向荷載時，把連梁兩端依照鉸接處理，在大震下，連梁終止工作，重新分配獨立墻肢的內力，因此依照第二次多遇地震作用下獨立墻肢的構造內力分析，墻肢依照兩次計算所得的相對大內力實施配筋設計，確保墻體安全。

5 高層建筑剪力墻的連梁設計注意事項

5.1 嚴格遵循國家的有關規范

在高層建筑中剪力墻和連梁的關鍵作用需要嚴格遵循國家的《建筑抗震設計規范》等規定的有關技術指標等，對剪力墻與連梁的彈性與剛度的設計，需要運用國家認可的數學模型在計算機流程中嚴格驗算，確保數據的區域符合國家的每一項標準。

5.2 連梁的跨度與高度要滿足設計要求

連梁具體作用的發揮依賴高度與跨度的設計，設計中使用減小連梁的高度與提升連梁的跨度形式保證連梁在剪力墻結構中發揮作用效果，調整的范圍根據國家的行業規范不能超過20%，放置破壞剪力墻結構的狀況產生。

6 結語

總體而言，高層建筑剪力墻結構中的連梁設計，制約原因常常有非常多。所以，在設計中要依據“強墻弱梁”的設計原則，同時，依照“強剪弱彎”的設計連梁，以防止結構損傷的產生。之后考慮其他原因，為了達到理想的結果。

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