高層建筑剪力墻結構連梁設計的細節處理探討

梁瑩

廣西華藍工程管理有限公司 廣西 南寧 530000

1 剪力墻結構連梁的破壞機理分析

（1）脆性破壞。出現脆性破壞時，連梁會失去原有承載力，導致連梁出現剪切破壞，并失去對墻肢的約束而成為獨立梁。如此便會降低建筑結構的側向剛度，增加其變形的發生，加大墻肢彎矩，最終導致結構出現倒塌。

（2）延性破壞。出現延性破壞時，連梁兩端出現垂直開裂，微裂縫逐步延伸至受拉區，此時在地震荷載的作用下變成交叉裂縫，形成塑性鉸，使結構剛度變小，形變概率增加，大量地震能量被吸收。借助塑性鉸能夠使彎矩與剪力繼續傳遞，對墻肢進行約束，使剪力墻結構能夠保持一定的剛度與強度。在這個過程中，連梁會使墻肢的內力減小，避免了墻肢的屈服，并充分發揮連梁耗能的作用，但如若地震荷載反復作用，就會加劇連梁裂縫直至混凝土受壓出現破壞。

2 剪力墻結構連梁設計的細節處理

（1）洞口布設。常見問題：因建筑平面標準層布置形式的變化，在相同平面內的門窗洞口處，上下層布置不連續或者有不對齊，電算往往會導致計算出的內力結果存在差異，從而影響程序對結構整體分析的精確度。

處理方式：在進行建筑建模時，對各層門口洞口進行合并，使豎直方向的各層洞口布置呈連續并上下對齊，以確保連梁保持跨度以致、截面大小相當，最大限度規避底層洞口不規則布置或出現錯洞墻。對于無法規避的錯洞墻，則需要將縱向鋼筋錨入暗柱，并增加暗柱的配筋，形成暗框架；對于抗震等級要求較高的，則可于底層洞口的錯開位置處按要求布設一定的通長暗梁，并加強配筋率，連梁的鋼筋配置按4～5倍墻體的垂直作用力進行計算。另外，對于長度較大的剪力墻可均分為若干墻段后開設洞口，洞口位置處的連梁跨高比＞6，各均分的墻段高寬比≥2，墻肢截面高≤8m，以此可以顯著增強剪力墻巖性，避免墻肢因彎剪作用而出現開裂。此外，為滿足結構的需要，對洞口及其擴大部分的填充應采用非承重砌塊，填充墻，結構內力分析時對填充墻自重進行換算后布置于對應位置的連梁上。由于填充墻與剪力墻的變形模量存在一定的差異，易于墻體連接位置出現開裂，因此，可于開設洞口的兩側結構件內預留拉結筋，部分開口較大的洞口處用鋼筋網片連接。

（2）計算模型。常見問題：開洞剪力墻的連梁或框剪結構中連接柱與墻的連梁，計算模型類型和受壓區高度需要做類比設計或調整，并根據防烈度折減剛度。

處理方式：當剪力墻跨高比≥5m時，按框架梁設計；當跨高比＜5m但連梁兩端支撐于短肢剪力墻時，連梁受力類似于普通框架梁，可依照框架梁方式予以計算，不折減連梁剛度；計算時應對受壓區截面高度予以把控，對梁端負彎矩按照70%～80%幅度進行調整，并相應增加跨中彎矩，且適當增加配筋率以提升梁端短肢墻抗剪強度；對于梁端鋼筋應做好在墻內的錨固，對于無法滿足要求時可按照鉸接或半剛接進行連梁計算。此外，對開有洞口剪力墻連梁跨高比＜5時，能夠與兩端墻體進行可靠連接時可按照剛接進行計算，受水平荷載影響連梁易受剪力以及彎矩的作用而出現剪切開裂，因此，可在不影響連梁豎向承荷的情況下，可以適當折減連梁剛度，一般在設防烈度6～7度時可折減0.7、設防烈度較高在8～9度時可取0.5，通常不宜＜0.5。

（3）截面高度。常見問題：連梁高度超出40㎝的框剪結構，因樓板標高不同，往往需要結合實際情況對開洞高度予以調整。

處理方式：①地下室建筑的專業洞口預留高度可將回填覆土頂面高程作為參照，從結構面開始計算并將覆土和建筑層厚度一并計入，洞頂標高同建筑或者設備。②廚房、衛生間和樓梯間入口有樓板標高要求時，設置的洞口要從低標高結構樓面開始計算，洞口兩邊結構樓板高差一并計入，洞頂標高同建筑或者設備。③建筑墻體內外地面存在高差時，如居室內裝修不同，結構門洞開設應從低處的地面開始計算，將地面高差一并計入；窗洞高度從高處地面開始計算，洞口底及頂的標高同建筑。④樓梯間窗洞連梁的截面積按實際跨層洞口計算，要檢校連梁內力并按計算配筋。計算連梁內力時，可將等跨、等厚度墻連梁歸并形成同截面連梁計算。

（4）截面抗剪。常見問題：連梁受水平荷載的作用承受較大剪應力，致使計算配筋超筋，特別是在轉換梁或托墻梁上層墻體的洞口位置、所開設洞口上下不對齊、跨高比較小的連梁超筋比例大且抗剪強度多無法滿足要求。

處理方式：①在滿足連梁抗彎、抗裂和撓度前提下，減小連梁截面的高寬比，降低相對剛度、降低承受的水平力。②內力計算時考慮剛度折減系數，但計算數值不得小于使用狀況下的彎矩、剪力值，特別是在抗震計算中不應考慮折減系數。③提高混凝土強度以提升墻肢剛度以承擔剪力與彎矩。④若相鄰連梁超筋可對相鄰連梁截面的跨度和高度予以調整，轉移連梁墻體間內力以滿足抗剪要求。⑤抗震剪力墻連梁設置交叉筋，提高連梁延性，減少非彈性變形的剛度退化；較高的連梁在中間可設水平縫以降低剪應力，或做加腋連梁以提升抗剪承載力。

（5）轉角抗裂。常見問題：設轉角窗的剪力墻以墻角為中心形成發散裂縫，不利于建筑結構的抗震。

處理方式：建筑外墻轉角處抗震性差，對于抗震等級要求高及較復雜的剪力墻結構開洞時應設置加強型約束邊緣構件。并增加約束邊緣結構件的截面大小，以增加混凝土強度、提高配筋率，增強抵抗水平地震的剪扭作用力，以控制轉角位移。

3 結束語

作為高層建筑鋼混結構設計的重要部分，連梁的細節處理極為關鍵，須給予著重關注。相應設計人員需切實提升自身職業素養，結合以往建筑設計實踐經驗，綜合考慮結構剛度、抗震等級、抗裂性能等諸多方面，對剪力墻結構及其連梁細節予以妥當設計，確保設計合理、無重大錯誤，進而為高層建筑的建設質量奠定根基。