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1、关于连梁剪压比超限的几点设计建议姓名 任宇单位：徐州中国矿业大学建筑设计咨询研究院有限公司单位邮编 2210081.引言关于剪力墙连梁的超限问题，在剪力墙结构和框剪（框架-核心筒）结构设计过程中，是经常遇到的问题，特别是高烈度区（8 度 0.2g 及以上区域） ，连梁超限问题更为突出。针对此类问题，本文就连梁超限产生的原因、破坏机理并结合设计经验给出几点点设计建议。2.连梁超限产生的原因根据剪压比计算公式： （1）0/bcEhfV=式中： 为地震作用下连梁剪压比；V 为调整后的连梁剪力设计值； 为混凝土影响E c系数； 为混凝土轴心抗压强度设计值； 分别为连梁截面宽度和有效高度。cf 0,b由
2、式（1）不难看出， 不仅与剪力设计值有关还和其本身的特性有关。E在不能改变混凝土强度、连梁截面参数的情况下，我们不难看出由于连梁剪力设计值过大，从而导致其剪压比超限。梁端截面组合的剪力设计值是按式（2） （3）进行确定的（其中式 3 适用于 9 度时的一级剪力墙的连梁）：（2）GbnrblvbVlM+=/)(V（3）rual1.式中： ， 分别为连梁左右端截面的弯矩设计值； ， 分别为连梁左右lbMr lbuaMr端截面的抗震受弯承载力所对应的弯矩； 为连梁净跨； 为在重力荷载代表值作用nlGV下按简支梁计算的梁端截面剪力设计值； 为连梁剪力增大系数。由于连梁的线刚度vb较大，对其相连的墙肢有
3、较强的约束作用，因此连梁两端的弯矩设计值就会很大。由式（2） ， （3）我们不难看出剪力设计值的大小是和其两端弯矩之和及净跨有直接的线型关系，所以连梁的剪力设计值就很大，从而导致连梁超限。3.连梁的破坏机理及危害在地震和风荷载等作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。剪力墙结构中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种：剪切破坏和弯曲破坏。连梁在发生剪切破坏时，连梁侧面出现斜向交叉裂缝，连梁就丧失了承载能力，在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，连梁对相连墙肢的约束作
4、用迅速降低甚至完成没有约束作用，连肢墙将成为单片的独立墙肢。结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢内力加大，并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生弯曲破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中 ,连梁起到了一种耗能的作用 ,对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。 图 1 剪切破坏 图 2 弯曲破坏4.连梁的设计建议及超限解决
5、方法4.1 连梁的设计建议根据高规 （JGJ3-2010）规定：跨比小于 5 的连梁应按照连梁进行设计，跨高比不小于 5 的连梁宜按框架梁设计。在实际设计过程中，连梁在进行模型输入的时可以按墙体开洞形成连梁也可以按主梁输入。这两种输入方式的主要区别就是按框梁输入的连梁，为杆元、一维构件，仅有平面内刚度，梁两端各有三个自由度，刚度小，对剪力墙的约束能力差，个墙肢独立受力状态更为明显，最直接的特点就是墙肢内力较大、配筋大，连梁内力较小、配筋小，结构整体性较差；洞口连梁，为墙元、二维构件，平面内外均有刚度，梁两端各有六个自由度，刚度大，对各墙肢的约束能力强，墙肢和连梁协调工作，最直接的特点就墙肢内力
6、较小、配筋小，连梁内力较大、配筋大。在实际设计过程中，不能统一按框梁输入，也不能统一按洞口连梁输入，而是要根据连梁本身的线刚度及其对于整体结构所做的贡献，具体情况具体分析。笔者建议：跨高比2.5 按洞口连梁输入；跨高比2.55 之间的按节点连梁输入。4.2 连梁的超限解决方法4.2.1 降低连梁的刚度和弯矩设计值。在抗震设计中，并不是连梁的刚度越大越好，刚度越大其弯矩和剪力的设计值越大，难以实现“强剪弱弯”的设计思想。一般的剪力墙结构中，可以采用弯矩调幅的方法，降低连梁的弯矩设计值，使连梁先于墙肢屈服。调幅的方法有两种：、通过连梁的刚度折减，降低其剪力和弯矩设计值。但折减系数一般不小于0.55
7、，过多的折减不能保证连梁承受竖向荷载的能力。、按连梁弹性刚度计算内力和位移时，可以将弯矩和剪力组合值乘以折减系数，用这种方法可以适当增加其他连梁的弯矩设计值，补偿静力平衡。4.2.2 改变连梁的几何尺寸。改变连梁的几何尺寸，我们通过以下二个方面来进行设计。、加大连梁跨度减少高度。在连梁设计中 ,刚度折减后 ,仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况 ,这时还可以增加洞口的宽度 ,以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度 ,也就减少了地震作用的影响 ,使连梁的承载力有可能不超限。同时增大了连梁的跨高比，当连梁的跨高比超过 5 时，就可以按框架梁进行设计。、增加剪力墙厚度。亦即增加连
8、梁的截面宽度,其结果一方面由于结构整体刚度加大 ,地震作用产生的内力增加 ,另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。但由于该片墙厚增加以后,地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙,而是小于这个比例,因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。4.2.3 开水平通缝 。连梁在开水平通缝后，有效的降低了连梁的高度，从而使其跨高比显著提高，在地震作用下，使连梁发生延性较好的弯曲破坏、减小了剪切变形的影响。水平缝可以沿着梁跨度方向全开，也可只在梁的两端预留。这是因为，在地震作用时，在连梁的中部形成薄弱部分，大变形下在此处开裂形成水平缝，使其形成双梁。4.2.4 交叉配筋。交叉配筋连梁的原理是
9、利用交叉钢筋来抵抗地震下方向不断改变的剪力。交叉钢筋与主筋方向一致，可以抵抗由于弯剪作用所引起的主拉应力，从而有效的约束了裂缝的开展。交叉配筋的优势还在于：交叉钢筋可以提供水平和竖向两个方向的剪力，有效的防止剪切滑移破坏。为了防止交叉斜筋在竖向荷载作用下被压屈，可以用矩形箍筋或螺旋箍筋将主筋绑成斜柱，使两个方向的斜柱形成交叉斜撑，从而可以有效的约束周围的混凝土，具有良好的抗震性能。在配置普通交叉斜筋时，剪力墙的厚度宜在 250400mm；在配置形成交叉斜撑的斜筋时，剪力墙的厚度宜大于 400mm。4.2.5 钢板混凝土的应用。在混凝土连梁中配置钢板形成钢板混凝土连梁。由于钢板具有很强的抗弯剪能
10、力，可以有效的防止梁发生脆性破坏、斜裂缝的产生和发展，在梁墙交界处防止反复荷载作用下的弯曲滑移破坏。钢板有良好的塑性变形能力，可以减少箍筋用量，方便了施工。通过调整钢板的厚度和宽度可以满足不同的设计要求，有很大的灵活性。4.2.6 多道设防方法设计连梁。实际上在进行剪力墙结构设计时，提高连梁承载力的最终目的是为了提高整体结构的抗震性能。当连梁的延性不能保证时，在需要考虑强震作用下结构的安全时，可以考虑连梁在抗震作用时被破坏后不参与工作，按照单墙肢工作，使墙肢处于弹性工作状态，来保证结构的安全。这样墙肢的配筋量有很大的提高。4.2.7 在上述办法都无法解决连梁超限的时候可按照下列要求进行设计：当
11、连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面应按两次计算的较大值计算配筋。因为在大震下连梁发生剪切破坏，不能再约束墙体，因此可考虑此时连梁不参与工作，按照独立墙肢进行二次结构内力分析，相当于剪力墙的第二道防线，这是剪力墙的内力及配筋都会增大，要保证墙肢的安全，达到“大震不倒”的目的。5、结语 高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁一般具有跨度小、截面大 ,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下 ,连梁的内力往往很大。此外 ,高层建筑中 ,由于连梁两端墙肢的不均匀压缩 ,会引起连梁两端的竖向位移差 ,这也
12、将在连梁内产生内力。另外，连梁的刚度和整体建筑刚度的大小也有着紧密的联系，在进行电算时，经常会出现连梁的承载力能够满足要求了，然而其他的计算结果又不能满足相关规范的要求了。因此，在进行连梁设计时，要兼顾结构的整体抗震性能。只有合理的结构形式才能从根本上解决我们进行结构设计中所遇到的问题。这就要求我们的工程师能够理论结合实际，反复计算，把互相制约的因素统一协调 ,以取得比较理想的结果。参考文献：1 包世华，方鄂华.高层建筑结构设计，清华大学出版社， 19902 高立人，方鄂华，钱稼茹.高层建筑结构概念设计，中国计划出版社， 20053 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2002
