高層建筑剪力墻連系梁抗震結構選型

官學良　紀德剛

摘 要：目前，越來越多的剪力墻結構小高層住宅樓拔地而起，但是，隨之而來的是我們發(fā)現(xiàn)這些剪力墻結構小高層在設計上還存在著一些質量通病，主要表現(xiàn)為剪力墻連系梁的抗震性差，使得工程無法滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防目標。本文主要通過對剪力墻連系梁的概念以及高層建筑結構設計中應該注意的問題進行分析，研究高層建筑剪力墻連系梁抗震結構的選型。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻連系梁；抗震選型

中圖分類號：TU973.16 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）09-0095-01

1 剪力墻和連梁的概念

高層建筑剪力墻結構，是指豎直方向是鋼筋混凝土墻板，在水平方向上，鋼筋混凝土的大樓板搭載到墻上，從而組成了剪力墻結構。剪力墻結構常用于25～30層結構。其優(yōu)點是具有良好的整體性，側向剛度較大，能夠承受相當大的水平載荷。缺點是力墻位置約束了建筑的內部空間的劃分，使得內部空間狹小，因而剪力墻結構多見于賓館類建筑.

在剪力墻結構和框架—剪力墻結構中，連接墻肢與墻肢，墻肢與框架柱的梁稱為連梁。連梁的主要特點是具有跨度小、截面大，與連梁相連的墻體剛度又很大。在設計中，即使采取降低連梁內力的各種措施，如：增大剪力墻的洞口寬度在連梁中部開水平縫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進行調整等，仍然還是難以使連梁的設計符合要求。

2 高層住宅結構設計中的主要問題

2.1 抗震與抗風

高層建筑的層數(shù)越多，建筑物的剛度則越差，因此，建筑物受到風力和地震的影響也越大。在風力和地震力的巨大影響之下，高層建筑發(fā)生了側位移，也就使得建筑物內部的墻壁、設備、家具等遭到了破壞，嚴重的情況下，會導致建筑物結構形式遭受破壞，更有甚者會導致建筑物發(fā)生坍塌。因此，抗風抗震設計在高層住宅結構設計中具有十分重要的意義。

抗震與抗風主要注意的問題有如下：保證建筑物的強度，使得其能充分抵抗風荷載作用下的內力；保證建筑物具有足夠的剛度，以控制在風荷載作用下允許的水平位移；采取措施保證建筑物地基的穩(wěn)定性，保證建筑物小震不壞，大震不倒；盡量避免建筑物豎向體型復雜，外挑內收變化過多，剛度均勻；盡可能地減小建筑物的自身重量，降低基土的壓力，從而降低地震力的影響。

2.2 選擇合理的結構方案

選擇適合的結構、合理布置抗震部件，把握住關鍵部位和次要部位，并掌握構造要求，對結構的安全性、經濟性、合理性有著十分重要的意義。同時，也會影響建筑時的經濟性。

2.3 層間位移的控制

高層住宅建筑的都有相同的特點即其高寬比都相當大，并且在地震以及風力的作用下會發(fā)生非常大的層間位移的現(xiàn)象，十分嚴重的情況下，層間位移范圍會超出結構位移的限制數(shù)值，建筑結構形式和材料、裝修等多方面因素會約束位移的限制數(shù)值。因此，在高層住宅結構設計時，應該依據實際情況以及住宅建筑物的地理位置進行設計，住宅建筑不僅應該具有足夠的剛度，而且應該避免在風力和地震力影響下的位移現(xiàn)象，從而保證住宅建筑的穩(wěn)定、舒適度。

3 剪力墻連系梁的抗震結構選型

3.1 連系梁的作用

在風荷載和地震荷載作用下，墻肢產生彎曲變形，使連梁產生轉角，從而使連梁產生內力。同時，連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內力和變形，對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)。高層建筑剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分兩種，即脆性破壞（剪切破壞）和延性破壞（彎曲破壞）。連梁在發(fā)生脆性破壞時就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立梁。這會使結構的側向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并最終可能導致結構的倒塌。

3.2 連系梁的抗震結構選型

在墻肢和連梁的協(xié)同工作中，剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。在正常的使用荷載和風荷載作用下，結構應該處于彈性工作狀態(tài)，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(tài)，連梁可以產生塑性鉸。根據抗震設計規(guī)范總則的要求，建筑物在遭受低于本地區(qū)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(qū)設防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。

3.2.1 剪力墻開洞

在我國的高層建筑結構設計中明確提出了：“較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較為均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，墻肢截面高度不宜大于8m”的要求。此規(guī)定針對剪力墻的破損問題。主要目的在于提高剪力墻的延性，避免脆性破壞。在結構設計過程中應該盡可能的在剪力墻上開大洞，形成弱連梁，提高剪力墻的支持力度。另外，針對設計中出現(xiàn)的框架結構梁柱偏心距較大的問題時，應該將梁寬加大或設置梁水平腋、在梁柱接點處形成較強的剛玉，提高梁柱的支撐力度。

3.2.2 梁高度選用恰當

懸挑梁在高層建筑中發(fā)揮著重要的支撐作用，當前的結構設計中設計師常選用比較小的梁高，造成梁截面受壓區(qū)的應力過高。在梁高度的選擇上要充分考慮梁撓度的計算，在結構計算中減少計算誤差，增加挑梁的支持力度。懸挑結構對非水平地震作用非常敏感，因此，要增強挑梁的承載力，選擇恰當懸挑梁的高度，防止出現(xiàn)梁板裂縫，保證高層建筑的支撐力度，從而保持建筑物的安全。

3.3 地震區(qū)高層建筑的剪力墻連梁

在進行了相應的調整之后，如果還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，應重新計算整個結構，必要時調整結構布置，使連梁的承載力符合要求。

總之，高層建筑剪力墻連梁的選型會受很多因素的制約。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。因此設計時要把互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調，以取得比較理想的結果。

參考文獻

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