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1、关于剪力墙连梁超筋问题的探讨 张亚岁 甘肃省城乡规划设计研究院 摘 要： 我国的经济飞速发展, 城市化进程处于高速发展, 各城市都大兴土木, 建房扩城。随着人们生活水平不断提高, 住户对于建筑的舒适度与安全性的关注也随之提高。目前城市里的建筑以钢筋混凝土结构为主, 剪力墙是钢筋混凝土结构中最重要的一部分。剪力墙的主要作用是在横纵双向支撑建筑的荷载, 保护结构不会遭到破坏。在剪力墙结构中, 有连梁连接墙肢, 具有抗震、抗风荷载的作用。但是在墙肢还存在一个普遍性的问题, 那就是压缩不均匀, 这会造成连梁有大的内力, 内力会产生破坏, 将是一个安全隐患。本文简要分析了连梁的受力特点和超筋问题, 并针
2、对超筋问题提出了几点解决办法, 以供建筑从业者参考。关键词： 剪力墙; 连梁; 超筋; 策略; 作者简介：张亚岁 (1977) , 男, 陕西临潼人, 高级工程师, 从事结构设计工作。收稿日期：2017-07-28Received： 2017-07-280 引言我国经济飞速发展, 在 2020 年将实现全面小康, 城市化进程速度日益加快, 城市在不断扩容, 城市的规模和数量在不断增大, 高层、超高层建筑在城市不断增多。随着人们生活水平不断提高, 住户对于建筑的舒适度与安全性的关注也随之提高。目前城市里的建筑以钢筋混凝土结构为主, 剪力墙是钢筋混凝土结构中最重要的一部分。随着建筑领域的不断发展,
3、 出现多种多样的建筑结构来满足各种功能需求, 越来越频繁地用剪力墙体系分析结构内力。采用许多措施降低连梁内力以保证结构设计合理。但是如果大楼层的局部内力过大, 即使对连梁进行调整, 也难以达到设计要求, 对于这个问题, 虽有不少关于连梁模型实验的文章, 但对于此问题的理解, 设计师们各有各的见解。剪力墙连梁超筋是一个重要且任务艰巨的课题, 也是一个问题亟待解决, 需要结构工程师们一起努力。1 连梁的工作和破坏机理高层建筑受到外力作用, 将会造成与连梁相连的墙肢压缩程度不一样, 连梁两头由于压缩程度不一样出现位移差, 连梁内部也会出现内力作用。然而, 连梁两端有约束墙肢的轴力、弯矩和剪力, 可以
4、降低墙肢变形。剪力墙的作用是承受弯剪共同作用, 如果施加外力, 将会出现弯曲破坏和剪切破坏。连梁连接墙肢, 具有很复杂的受力条件, 会严重影响剪力墙的受力。在剪力墙的结构中, 常出现连梁超筋问题 (见图 1) 。图 1 连梁与剪力墙示意图 下载原图连梁连接墙肢, 将各个独立的墙肢连接起来共同承受建筑的荷载, 假如连梁出现问题, 各墙肢的连接纽带就断了, 形成各个墙肢单独受力, 有一根连梁出现问题, 建筑的荷载将重新分配给其他的连梁, 这将加大剪力墙的水平位移, 降低剪力墙的承载能力。如果连梁出现问题, 最终会造成剪力墙的承载能力丧失。对于连梁超筋问题, 实际上就是剪力满足不了剪压比要求。连梁对
5、剪切变形非常敏感, 所以严格限制剪应力。分析剪力墙的简化手算方法, 可以了解到连梁是根据沿高度连续变化的连杆处理的, 对于轴向变形, 对连梁几乎没有影响, 连梁的剪力可以通过约束弯矩计算得到, 约束弯矩则是通过总约束弯矩计算得到。竖向荷载对连梁产生的剪应力很小, 剪应力主要来自约束弯矩。一般的剪力墙, 竖向自上而下总高度三分之二左右的竖向楼层的连梁容易出现超筋, 还有较长墙段中部的连梁, 当某墙段中墙肢截面高度悬殊不均匀时, 在大墙肢连梁易超筋。2 剪力墙结构破坏分析现代建筑的主要结构是混凝土结构, 在建筑结构中, 剪力墙是重要的组成部分, 主要有两种形式:筒体剪力墙和平面剪力墙。剪力墙能为建
6、筑提供强的强度和刚度, 抗坍塌性能好, 所以被称为“抗震墙”。剪力墙是局部空间的载荷结构, 需要靠连梁把墙肢连接起来。但是连梁通常会受力不均匀, 一旦建筑外部荷载有较大的变动, 连梁受到的内力一会不断变大, 产生位移, 严重将造成毁坏。其实, 一根连梁的毁坏, 并不会对建筑的整体结构造成影响, 如果出现地震或者风荷载, 连梁的破坏形式合理, 就不会出现超筋问题而引起脆性破坏, 不会造成生命财产损失。建筑结构破坏有延性破坏和脆性破坏两种形式, 而脆性破坏在发生之前没有预兆, 看不到明显的痕迹, 是一个很大的安全隐患, 而延性破坏在发生之前预兆明显。在建筑结构中, 剪力墙的作用是承受弯曲剪力, 如
7、果受到的外力够大, 剪力墙会弯曲开裂, 与之相连的连梁也不能幸免, 同样会遭到破坏, 影响剪力墙的受力。剪力墙的脆性破坏有两种形式, 一种是因为墙肢出现出现问题而造成的脆性破坏现象, 墙肢没有足够的抗剪能力, 出现剪切破坏, 剪力墙在瞬间丧失了承重能力, 坍塌之前毫无征兆, 所以要严格审查建筑剪力墙的设计和施工, 符合建筑抗震设计规范要求。脆性破坏的第二种形式是连梁遭到破坏导致的剪力墙破坏, 所以要避免超筋问题。连梁超筋后, 受到破坏时钢筋不会弯曲, 当破坏了达到一定程度时, 混凝土会碎裂, 混凝土碎裂以后, 连梁失去了效果, 超筋既浪费成本又会形成隐患。剪力墙的延性破坏分为两种, 一种是墙肢
8、屈服而连梁不屈服, 当建筑受到外力足够大时, 剪力墙先受到破坏, 连梁虽然受到破坏, 但不至于碎裂、坍塌, 第二种是墙肢不屈服连梁屈服, 连梁先受到破坏而剪力墙没有明显被破坏, 主要是剪力墙和连梁的破坏吸收力不同造成的。3 剪力墙连梁超筋常用的处理措施针对连梁的破坏机理, 在风荷载以及使用荷载都正常的情况下, 建筑的结构的工作状态是弹性的, 连梁不出现塑性铰, 这样才能保证连梁和墙肢工作的协同性。而在发生地震时, 建筑结构的工作状态是弹塑性的, 连梁出现塑性铰。建筑抗地震设计规范要求, 当发生的地震的震级小于当地设防级别的时候, 建筑不会损坏, 不需要修整, 可以正常使用。当发生的地震震级较大
9、, 超过了当地设防级别, 建筑不会倒塌或者出现严重毁坏。设计连梁的原则是“强墙弱梁”或“强剪弱弯”, 这样连梁和墙肢具有较好的延展性。常用的连梁超筋处理措施有以下几点。3.1 折减连梁刚度有两种方法可以折减连梁刚度, 第一种方法是在计算内力之前就折减连梁刚度;第二种方法是计算完内力之后, 用剪力和梁弯矩两个力的合力乘以折减系数来达到连梁刚度的目的。侧向荷载作用会导致混凝土开裂, 而混凝土开裂会减小连梁的刚度。如果发生地震, 与风荷载相比, 连梁的变形和裂缝更大, 连梁刚度减小的更多。在设计连梁时, 裂缝设计的越大, 刚度降低的越多。如果遇到大地震或者强风, 连梁会提早出现塑性铰, 连梁的延展性
10、好, 符合“强墙弱梁”或“强剪弱弯”原则。连梁刚度折减后, 将重新分配连梁的塑性内力, 不仅降低了连梁的计算内力, 剪力墙的地震效应也增大了。大跨高的连梁用折减连梁刚度比较有效果, 小跨高的连梁采用折减连梁刚度达不到预期的效果。3.2 降低连梁截面高度连梁截面高度降低了, 连梁受到的地震作用力也就降低了, 剪力墙也可以分担一些水平作用力, 从而增大了剪力墙的地震效应。3.3 对连梁进行铰接处理如果地震破坏了连梁, 就不能约束剪力墙了, 就需要分析剪力墙如果受到第二次地震时的结构内力, 设计配筋时, 按照较大内力标准, 这样墙肢的安全才有保障。点铰处理连梁的两端, 连梁就简化为轴力杆件, 这根连
11、梁不能用作为主梁和次梁。3.4 双连梁或多连梁一般跨高比较小的高连梁, 容易出现剪切裂缝, 为了防止斜裂缝出现后的脆性破坏, 除了减少其名义剪力, 并加大其箍筋配置外, 可设水平缝形成双连梁或多连梁。双连梁或多连梁对于减小连梁两端的剪力非常有效, 可以有效地解决连梁超筋问题。双连梁或多连梁不仅可以减小连梁内力, 还可以设计不同梁间距, 在对建筑进行装修时, 对布设设备和管线非常方便。将单连梁分解成双连梁, 一上一下, 具有协同功能。在实际工程中, 在连梁中部设置水平缝, 单根连梁就变成了小截面的双连梁。在抗震性能方面, 大跨高的双连梁优于小跨高的深连梁 (见图 2) 。图 2 双连梁示意图 下
12、载原图解决连梁超筋还可以通过增加混凝土强度和增加剪力墙的厚度, 但是通常不会用增加混凝土强度和增加剪力墙的厚度, 其中原因有很多。最常用的还是折减连梁刚度和降低连梁截面高度, 双连梁或多连梁目前也有采用, 但是施工不方便。先是对连梁的计算截面高度进行更改, 把连梁实际截面能承受抗剪承载力的最大值找到, 之后把与最大抗剪承载力相对应的弯矩设计值计算出来, 这时候, 连梁实际截面能承受抗剪承载力大于计算剪力。在计算连梁配筋的时候, 根据剪应力相对应的弯矩进行计算, 并对剪力墙进行包络设计。4 结语在实际建筑工程中, 影响剪力墙连梁的因素有很多, 解决连梁超筋问题, 首先要有完善的结构设计, 之后就
13、是保证施工质量和建筑材料的质量, 这样才能转移连梁的内力和剪力墙的施加力, 平衡分布连梁内力。解决连梁超筋问题的原则是“强墙弱梁”或“强剪弱弯”, 这样才能保证建筑结构稳定和安全。参考文献1郑有伟.高层建筑混凝土剪力墙结构连梁设计及超筋处理问题探讨J.福建建设科技, 2010 (04) :26-28. 2中国建筑科学研究院.2008 年汶川地震建筑震害图片集M.北京:中国建筑工业出版社, 2008. 3丁永君, 付春兵.关于剪力墙连梁中若干问题的探讨J.建筑结构, 2013 (S1) :633-636. 4中国建筑科学研究院.JGJ 3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程S.北京:中国建筑工业出版社, 2002. 5李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例M.北京:中国建筑工业出版社, 2004. 6朱丙寅.建筑抗震设计规范应用与分析M.北京:中国建筑工业出版社, 2011.
