高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁設(shè)計(jì)中的問題

摘 要：近年來，高層建筑的不斷增加，作為高層建筑的一個(gè)重要組成部分的連梁剪力墻結(jié)構(gòu)，是墻的應(yīng)力傳遞紐帶的一個(gè)重要環(huán)節(jié)之間的耦合強(qiáng)度、剛度、延性等特性均會對剪力墻的性能產(chǎn)生直接影響。本文將針對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)連梁的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻 結(jié)構(gòu) 連梁設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0059-02

1 連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中的作用

剪力墻中的連梁通常梁高較大，跨度卻相對較小，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層民用建筑中采用，連梁跨高比小于2.5，有時(shí)甚至接近1。這種連梁的受力性能不同于垂直荷載下的深梁，在水平荷載下其與墻肢相互作用，產(chǎn)生的約束彎矩和剪力在梁的兩端方向相反且力較大，可能會使梁產(chǎn)生較大的剪切變形，使之出現(xiàn)斜裂縫；同時(shí)，在高層建筑中，由于連梁兩端墻肢的不均勻壓縮，也會使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，即使采取在連梁中部開水平縫；剪力墻洞口寬度增加；對局部內(nèi)力過大的連梁進(jìn)行調(diào)整；在內(nèi)力和位移計(jì)算梁的剛度降低，降低連梁措施的內(nèi)在力量，是使梁的截面設(shè)計(jì)依據(jù)與相關(guān)的要求非常困難。

較理想的剪力墻極限狀態(tài)應(yīng)是：第一次出現(xiàn)在某層連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸，然后逐漸擴(kuò)展，直到連梁兩端壁底前塑性，塑性鉸的出現(xiàn)，而其他部分的壁保持彈性，這樣對最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗震能力作用明顯因此，在設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)中，增加連梁的延展性是關(guān)鍵，應(yīng)使其在理想的機(jī)構(gòu)中滿足需要，同時(shí)，有效增加墻肢底部的承載能力，并對該處的混凝土截面進(jìn)行足夠的約束。

2 高層建筑聯(lián)肢剪力墻的破壞機(jī)理

在水平剪力墻高層建筑的耦合作用下，會產(chǎn)生兩種破壞模式，即脆性破壞（也被稱為剪切破壞）和延性破壞（也稱為彎曲破壞）。

常見的聯(lián)肢剪力墻脆性破壞有兩種情況。一種情況是脆性破壞發(fā)生于墻肢。墻肢由于抗剪的能力不夠而發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致快速的抗剪承載力的損失，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然崩潰，這是設(shè)計(jì)時(shí)必須要加以避免的。另一方面，即使連梁剪切破壞。連梁發(fā)生剪切破壞會使連梁喪失對聯(lián)肢剪力墻各墻肢的約束作用，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時(shí)，聯(lián)肢剪力墻的各墻肢將成為單片的獨(dú)立墻，這會極大地降低結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使墻肢彎矩加大。連梁發(fā)生剪切破壞時(shí)，結(jié)構(gòu)尚未喪失承載能力，因此，在墻肢破壞前，只要連梁不承擔(dān)豎向荷載較大，它是不太可能導(dǎo)致建筑物的倒塌。

聯(lián)肢剪力墻的延性破壞，又可以分為兩類。一個(gè)是連梁先屈服，墻肢隨后屈服。另一個(gè)是連梁不屈服，墻肢首先發(fā)生彎曲破壞。在這種情況下，在極限變形損傷小，建筑物的抗震要求，盡管這是延性破壞，但吸收地震能量的能力低，盡量避免這種情況的發(fā)生。

當(dāng)連梁有足夠的延性時(shí)，它可以通過塑性鉸的能量的變形吸收了大量的能量。同時(shí)，通過塑性鉸傳遞彎矩和剪力，這能對墻肢起到一定約束作用，使聯(lián)肢剪力墻保持足夠的剛度和強(qiáng)度。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的問題，為了有效地發(fā)揮其性能。為了滿足對梁的延性剪力墻延性的要求，對連梁的延性要求是非常高的。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑剪力墻，應(yīng)注意保證連梁的延性。

3 連梁設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題

基于連梁在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中的作用，在連梁設(shè)計(jì)時(shí)，為了解決截面或降低內(nèi)力應(yīng)采取一些必要的措施。

（1）關(guān)于連梁剛度折減的問題。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(nèi)力往往很大，設(shè)計(jì)時(shí)難以解決。由于相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有明確對考慮抗震和不考慮抗震時(shí)的取值范圍加以明確，也沒有對不同荷載情況加以說明。所在，設(shè)計(jì)過程中為了解決連梁截面設(shè)計(jì)的問題，就在規(guī)范規(guī)定的1～0.55的范圍內(nèi)任意取值，以符合截面設(shè)計(jì)的要求。

需要注意的是，之所以考慮對連梁剛度進(jìn)行折減，是因?yàn)樵趥?cè)向荷載作用下，剛度會因混凝土的開裂而降低。在外力作用下，連梁裂縫開展與塑性變形比風(fēng)荷載作用下更大，剛度降低也就更多。這就要求更加注意加強(qiáng)連梁的延性和使連梁符合“強(qiáng)剪弱彎”的要求。

對于以地震作用為控制因素的建筑中，則可取較小的剛度折減系數(shù)。但為了保證連梁的延性要求，此剛度折減系數(shù)不應(yīng)小于0.55。而對于以風(fēng)荷載為控制因素的建筑中，為了避免連梁在使用荷載作用下裂縫開展過大，剛度折減系數(shù)應(yīng)取較大值。此外，當(dāng)在設(shè)計(jì)豎向荷載作用下的內(nèi)力時(shí)，對已經(jīng)考慮了調(diào)幅的連梁，則不應(yīng)再考慮剛度折減。

（2）在內(nèi)力和位移的計(jì)算，對不同情況下的兩種不同的豎向荷載和水平荷載。在豎向荷載作用下，降低耦合梁的剛度，減小梁支座彎矩可以通過支持彎矩調(diào)幅。在水平荷載作用下，連梁剛度會降低，風(fēng)荷載時(shí)，不小于0.8的折減系數(shù)。

（3）用于控制高層建筑的風(fēng)荷載，如果梁正截面剛度降低，仍然發(fā)生耦合梁的斜截面受剪承載力不彎曲或力，不能進(jìn)行調(diào)整，但應(yīng)采取增加剪力墻的數(shù)量，以減少每一塊墻水平力增加；剪力墻的厚度，以提高梁正截面承載力；截面高度減小或與連梁中部開水平縫，以減少梁的剛度；增加孔，以增加梁的跨度梁內(nèi)力的方法，符合部分設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在高層建筑中連梁的設(shè)計(jì)中影響因素很多，建筑要求、連梁的剛度、高跨比、墻肢的內(nèi)力、墻肢的剛度等均可能產(chǎn)生影響。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)“強(qiáng)墻弱梁”的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)，按照“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)連梁，以避免結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生。然后考慮其他因素，為了達(dá)到理想的結(jié)果。

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