高層建筑剪力墻結構連梁設計及超筋處理策略

韓晶

【摘要】對于高層建筑來說，剪力墻結構的破壞是比較嚴重的問題，不管延性破壞，又或者是脆性破壞，均會造成裂縫的出現，如果發生地震，很容易造成結構倒塌，做好剪力墻結構設計以及超筋處理具有重要的意義。本文主要分析了高層建筑剪力墻的連粱設計且分析了連梁超筋處理策略。

【關鍵詞】高層建筑;剪力墻結構;連梁設計;超筋處理

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.097

隨著高層建筑的不斷建設，在結構設計中對剪力墻結構連梁的設計工作提出了較高的要求，這種結構也逐漸顯露了較多優勢，不過，為了進一步提升高層建筑結構設計水平，需要做好超筋處理工作，充分掌握連梁破壞的根本原因，盡可能減小結構形變，根本上提升高層建筑的功能、價值等，為促進我國建筑行業發展奠定基礎。

1、高層建筑剪力墻的連梁設計

對剪力墻結構連梁進行設計時，設計人員需要全面掌握抗震設計規范的相關要求，在地震等級較低時不會損壞，也不需要修復，可以保證建筑物的使用功能。因此，在連梁設計中，需要滿足強剪弱彎的要求，使得墻肢、連梁的延性得到合理提升，一般可以采用構建結構模型的方式，在具體設計中可以從以下幾方面著手：

第一，對混凝土等級進行合理提升。針對混凝土需要對其等級給予高度關注，根據實際情況提高混凝土等級，確保結構受到的地震所影響小于混凝土受剪承載力的影響，這樣可以將連梁的受剪承載力控制在安全范圍之內。

第二，連梁剛度的折減。（1）根據相關要求，對內力、位移進行計算時，可以對剪力墻結構、框架剪力墻的連梁剛度進行折減，折減系數控制在 0.5之內。對連梁剛度折減的原因：在側向荷載影響下，一旦混凝土出現裂縫，將會導致剛度的下降。再加上地震的影響，連梁裂縫逐漸擴大，變形問題也越來越嚴重，剛度明顯下降。隨著剛度折減的增加，裂縫也就會越大。處于超載的狀態下，遇到大風、高等級地震時，針對塑性鉸需要提升連梁的延性，保證連梁滿足強剪弱彎的相關要求。為了抵抗風荷載造成的位移，減少裂縫的發生概率，要將剛度折減系數控制在0.8。（2）抗震設計剪力墻結構連梁的彎矩和剪力，隨其塑性可以適當調整，減少剪力設計值。不過，進行結構計算時，已經進行折減的剛度不需要進行調整。如果部分連梁低于彎矩設計值的情況下，需要增加其余部位的連梁、墻的彎矩。通常而言，在合理調整后，彎矩設計值應該低于調幅前的0.8倍、0.5倍。

第三，鉸接處理。連梁的破壞對承受豎向荷載無明顯影響，也就是說連梁不能作為次梁的支承梁情況下，假設該連梁遇到大震情況下遭到了破壞，將剪力墻看作獨立墻肢，對其進行第二次地震產生的結構內力進行計算。在具有計算時，針對結構的計工作量，應該將連梁按照兩端鉸接梁進行計算。不過，設計人員掌握以下幾點注意事項：（1）根據實際情況采取合理的構造方式，保證連梁能夠有效約束剪力墻，防止獨立墻肢的出現。在鉸接處理中，要分析高等級地震下連梁對剪力墻的影響，使其依然可以發揮較好的約束作用。（2）所調整的連梁為地震影響下豎向荷載無明顯變化的連梁，該連梁既不能作為次梁，也不能作為主梁的支承梁。（3）這種計算屬于第二次計算，針對剪力墻開展包絡設計。

2、連梁超筋處理策略

在某高層建筑，建筑高度為43.5m，主要功能為辦公、商業，通過測量某連梁截面為250mm×600mm，所能承受的最大剪力為等于500kN，由于超過了相關規定，此時需要進行調整。

2.1高層建筑發生連梁超筋的相關原因

對于高層建筑物來說，隨著高度的不斷增加，其受到的風荷載影響以及地震影響比較大，這樣會產生較大的內力，同時，連梁的兩端連接墻肢部分發生擠壓，從而使得這些梁的兩端存在一定的偏差。連梁和墻肢接觸時，往往會對其帶來一定的約束，設計人員進行設計時應該對連梁的內力充分考慮，但是，根據實際現狀來看，不管采取何種方式減小連梁的內力，往往不能夠使得連梁的結果滿足規定的標準。由于結構設計存在著相應的不合理之處，在很大程度上也會使得抵抗水平力的強度以及剛度效果不夠滿意，這樣就會使得連梁所承受的豎向荷載性能受到影響。根據建筑物的實際情況來看，連梁比較容易出現超筋現象，常位于剪力墻結構中，在地面以上的1/3處的豎梁容易發生超筋問題。在這所建筑物中，在第4層左右往往會出現超筋問題，在水平結構中，如果墻肢減少后存在著較大的高差，這樣就會發生超筋現象。

2.2連梁超筋處理

在剪力墻結構設計中，可以根據建筑物的實際情況進行調整，具體的方法包括以下幾方面：第一，根據高規中的相關規定，將折減系數設置為0.7，此時出現了超筋問題，此時可以將折減系數調整為0.5。第二，對連梁的截面高度進行適當減少，剪力墻連梁發生剛度折減之后，往往會對正截面的受彎承載力造成影響，此時可以對連梁剛度進行減少，通過減少連梁截面積能夠滿足設計的相關要求，在超筋的影響下，墻肢兩側往往會吸收較大的地震力，此時要合理調整截面高度，以此避免超筋。第三，優化混凝土等級，在超筋處理過程中需要對混凝土的等級進行合理調整，根據建筑物的實際情況控制混凝土受剪承載力，這樣能夠有效抵抗地震的相關影響。混凝土等級對彈性模量的影響比較小，不能改變連梁的剛度，如果超筋比較嚴重的情況下，這種方法不能取得滿意的效果。第四，增加剪力墻的厚度。在超筋處理中可以對立墻的厚度、截面積進行擴大，這樣能夠提升建筑物的結構剛度，在出現地震時能夠使得連梁的內力與受剪承載力相適應。

結語：

綜上所述，在水平力的影響下，高層建筑剪力墻結構體系所受到的影響較大，此時需要對連梁的內力給予高度關注。對結構體系進行科學設計，針對局部內力過大樓層，需要調整連梁，如果依然不能使得連梁滿足相應的設計要求，這時要進行連梁設計，做好超筋處理，采取有效措施減少連梁內力。連梁是剪力墻結構體系的重要組成，針對各方面因素要協調處理，做好分析模型的構建工作，全面掌握出結構受力狀態，從而取得滿意的效果。

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