談高層建筑剪力墻連粱設計

李雙琴  孟海香  嚴順榮

(陜西省建筑設計研究院710003  西安)

    與剪力墻相連的梁稱為連梁。連梁與墻肢一般設計要求：連梁高跨七匕宜大于6，墻段高寬比不應小于2，而設計往往受建筑平面限制，連梁跨高比偏小，連梁剛度大。因此，高層建筑在水平力作用下，連梁的內力往往很大。設計時，即使采取了降低連梁內力的各種措施，如：加大剪力墻的洞口寬度；在計算內力和位移時對連梁剛度進行折減；對局部內力過大層的連梁內力進行調整等，仍無法使連梁的截面設計符合要求。因此，設計時感到無所適叢。而設計、構造不當將會造成結構在抵抗水平力時的強度、剛度不符合要求，進而影響承受豎向荷載的能力。目前多采用雙連梁進行技術處理或采用高(JGJ3-2002)第7．2．25條進行適當處理。

1.聯肢墻在水平力作用下的破壞機制

    高層建筑聯肢墻在水平力作用下的破壞分為脆性破壞(即剪切破壞)和延性破壞(即彎曲破壞)兩種。

    1.1聯肢墻的脆性破壞又可分為兩種情況。

    一種是脆性破壞發生于墻肢。墻肢由于抗剪能力不夠而發生剪切破壞，會使剪力墻很快喪失承載能力。造成結構的突然倒塌。這是設計中應該絕對避免的。抗震規范里規定了抗震墻截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時抗震墻底部加強部位剪力設計值的放大系數，就是為了防止剪力墻早于彎曲破壞而發生剪切破壞。脆性破壞的第二種情況是連梁發生剪切破壞。連梁發生剪切破壞會使聯肢墻各墻肢喪失連梁對墻肢的約束作用。在沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞時，聯肢墻的各墻肢將成為單片的獨立墻，這會使結構的側向剛度大大降低，墻肢彎矩加大。抗震規范里規定了連梁截面的剪壓比限值和抗震等級為一、二級時連梁端部剪力設計值的調整系數，也是為了防止連梁早于彎曲破壞發生剪切破壞。但是，和第一種墻肢發生剪切破壞相比，連梁發生剪切破壞時結構尚未喪失承載能力，在墻肢破壞前，只要所考慮的連梁不承擔較大的豎向荷載，還不會造成結構的倒塌。

    1.2剪力墻的延性破壞也可分為兩種情況

    一種是連梁不屈服，墻肢首先發生彎曲破壞，這種墻在破壞時的極限變形較小。因此，對有抗震設防要求的建筑來說，它雖然是一種延性破壞，但吸收地震能量的能力是較低的。設計中應避免這種情況的發生。延性破壞的第二種是連梁先屈服，最后是墻肢的屈服。當連梁有足夠的延性時，它能通過塑性鉸的變形吸收大量的地震能量。同時，通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使聯肢墻保持足夠的剛度和強度。這是設計時應首先考慮做到的。為了保證聯肢墻的延性要求，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時，必須十分注意保證連梁的延性要求，要體現連梁做為結構抗震第一道防線，應具有一定的耗能能力。

    以上主要從抗震的角度分析了聯肢墻的破壞機制。對于非抗震的情況，水平作用力主要是風荷載。風荷載是一種實實在在的荷載，可以通過結構的抗力構件將荷載分布開來，應同抗震剪力墻結構一樣，形成合理的受力和耗能機制，避免由于豎向構件的破壞造成整個結構喪失承載能力。因此，以上關于聯肢墻破壞機制的討論在非抗震設計中是同樣有意義的。

2.連梁設計中需注意的幾個問題

    在墻肢和連梁的協同工作中，剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載作用下，結構應該處于彈性工作狀態，連梁不應該產生塑性鉸。在地震作用下，結構允許進入彈塑性狀態，連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計規范總則的要求，建筑物在遭受低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，一般不損壞或不需修復仍可使用，當遭受高于本地區設防烈度、的罕遇地震時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。因此，剪力墻的設計應該保證不發生剪切破壞，也就是要求墻肢和連梁的設計符合強剪弱彎的原則，同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。

    因此在實際工程中要使連梁設計滿足強剪弱彎的原則就必須考慮以下幾個方面：

    2.1對連梁剛度進行折減

    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，連梁屈服時表現為梁端出現裂縫，剛度減弱，內力重分布。因此在開始進行結構整體計算時，就需對連梁剛度進行折減。折減系數在實際設計中可取大于等于0．55的調整系數以使截面設計符合規范要求。

    2.2增加連梁跨度

    在連梁設計中，剛度折減后，仍可能發生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況，這時可以增加洞口的寬度，以減少連梁剛度。減少了結構的整體剛度，也就減少了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁抗剪超限，則可采取調整連梁內力來解決。調整的幅度不宜大于20％，且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。

    2.3增加剪力墻厚度

    亦即增加連梁的截面寬度，其結果一方面由于結構整體剛度加大，地震作用產生的效應增加，另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。墻厚增加以后，地震所產生的內力并不按墻厚增加的比例分配給剪力墻，而是小于這個比例，因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。

    2.4提高混凝土等級

    混凝土等級提高后，結構的地震作用效應增加的比例遠小于混凝土受剪承載力提高的比例，有可能使連梁的受剪承載力不超限。

    地震區高層建筑的剪力墻連梁，在進行了上述調整后，仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強剪弱彎”的要求，配置相應的縱向鋼筋。此時，如果不能保證連梁在大震時的延性要求，應按高規(JGJ3—2002)第7．2．25條進行適當處理。

    上述各種措施中，在能滿足整體剛度的情況下，可先采用連梁剛度折減，如仍超限可采用其余各種措施。

3.結語

    總之，高層建筑剪力墻連梁的設計受很多因素的制約。連梁的內力和剪力墻的多少、每片剪力墻的水平力大小、連梁的剛度、與之相連的墻肢剛度等都有關。因此在設計時，問題是比較復雜的，設計時要把互相制約的因素統一協調，才能取得比較理想的結果。

依據標準：

[1]行業標準《高層建筑混凝土結構技術規程》(GJ3—2002)

[2]國家標準《建筑抗震設計規范}(GB50011-2001)[3]國家標準《混凝土結構設計規范}(aB50010一2002)

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)